本发明专利技术属于膜分离技术领域，具体涉及一种具有高通量与高截留率的双优特性的氟碳特种表面活性剂共混改性PVDF膜的制备方法。一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂混合，水浴加热搅拌6‑10 h，其中致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂的质量分别占总质量的1%‑3%，1%‑7%，12%‑20%，70%‑86%；将超声‑真空‑静置脱泡后的铸膜液按照“Z”字型倾倒在玻璃板或无纺布上，刮制成30‑200μm厚的薄膜，在空气中静置15‑30 s，利用乳化油/水混合液作为非溶剂相进行凝固浴，制得膜片，该膜片即为高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜。
【技术实现步骤摘要】
一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法
本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种具有高通量与高截留率的双优特性的氟碳特种表面活性剂共混改性PVDF膜的制备方法。
技术介绍
膜技术在众多领域被广泛应用，促进了相关产业的进步和发展。膜改性一直是解决膜污染、提高膜性能的基本方式和研究方向，按其改性方式不同可大致分为表面改性与共混改性，其中共混改性因其稳定性与可靠性得到青睐。长期以来，膜的改性研究始终存在一些问题，严重阻碍了膜科学的发展，限制了膜技术的推广。其中，同时提高改性膜通量与截留率一直是本领域试图解决的课题。由于膜的共混改性主要是共混一些表面具有羟基或羧基基团的纳米粒子，高聚物以及一些小分子有机物等。这些物质在铸膜液的共混阶段以及相转化阶段存在诸多问题。其中，纳米粒子共混存在明显的颗粒团聚现象，致使成膜孔径分布不均匀，截留效果较差。高聚物及有机小分子多数属于水溶性较强的物质，在共混膜的相转化过程中极易随溶剂相与非溶剂相的交换而流失，一方面导致膜表面亲水基团留存状况不佳，另一方面致使共混膜的孔径增大，截留效果下降。因此，在共混膜改性研究领域中，同时提高膜通量以及截留率仍然存在难度。表面活性剂是指加入少量就能改变水性和非水性液体之间界面特性，使溶液体系的界面状态发生明显变化的化学物质。目前已有一些研究利用表面活性剂的基本性质解决共混膜改性中存在的问题，且相关研究主要集中在普通表面活性剂，由于普通表面活性剂本身较强的水溶性特征，其解决问题的效果并不突出。如中国专利CN102294180A利用普通表面活性剂十二烷基硫酸钠共混制备纳米TiO2改性PVDF超滤膜，用于解决纳米粒子的团聚问题。再如中国专利CN102921317A利用普通表面活性剂-有机溶剂-水三元体系制备了聚砜超滤膜，虽然其对卵清蛋白的截留率达到了98.9%，但其通量仅为73L/m2·h，在实际应用中效率偏低。
技术实现思路
本专利技术专利所要解决的问题是针对上述技术现状，提供一种利用非离子型氟碳特种表面活性剂的基本性质，在制膜工艺中发挥辅助致孔与平衡热力学与动力学稳定的双重作用，制备高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜的方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，按照如下的步骤进行：步骤一、配置铸膜液，将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂混合，水浴加热搅拌6-10h，其中致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂的质量分别占总质量的1%-3%，1%-7%，12%-20%，70%-86%；步骤二、制作膜片，将超声-真空-静置脱泡后的铸膜液按照“Z”字型倾倒在玻璃板或无纺布上，刮制成30-200μm厚的薄膜，在空气中静置15-30s，利用乳化油/水混合液作为非溶剂相进行凝固浴，制得膜片，该膜片即为高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜。作为一种优选方式：所述的非离子型氟碳特种表面活性剂为亲水端含氧基团≤2的氟碳表面活性剂，含氧基团为醚基和羟基中的一种或者两种。作为一种优选方式：所述的致孔剂为氯化锂（LiCl）。作为一种优选方式：所述的主膜材料为特性粘度1.60-2.10dl/g，外观呈白色粉末状或颗粒状的聚偏氟乙烯（PVDF）。作为一种优选方式：所述步骤一中将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂混合是指将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料顺序加入有机溶剂中，且后一种物质加入前，应保证前加物质混合均匀、溶解完全。作为一种优选方式：所述步骤一中水浴加热搅拌6-10h为，首先在70-80°水浴加热搅拌2-3h，然后在40-50°水浴加热搅拌3-5h，最后在70-80°水浴加热搅拌1-2h。作为一种优选方式：所述步骤二中铸膜液超声-真空-静置脱泡过程为，在室温下，超声脱泡1h，然后真空脱泡30min，最后空气中静置脱泡6h。作为一种优选方式：所述步骤二中乳化油与水体积比为1：9至3：7。作为一种优选方式：所述的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。本专利技术基于非离子型氟碳表面活性剂的特殊性质及其在铸膜液相转化过程的独特作用，即在影响热力学稳定性的同时改变其动力学稳定，使得共混膜具有高通量与高截留率的优良表现，提出一种具有双优特性的氟碳特种表面活性剂共混改性PVDF膜的制备方法。本专利技术所制备的PVDF平板膜可显著提高水处理效率，适用于藻类去除、细菌截留以及中水回用等多种水处理流程/工艺。综合各方面考虑，经非离子型氟碳表面活性剂改性后的PVDF平板膜具有良好的实际应用效果和应用前景。氟碳特种表面活性剂是指含有非金属元素F的一种表面活性剂。其与一般表面活性剂在分子结构上的区别以及氟元素的独特性质，使其具有其它表面活性剂所不具备的特性。中国专利CN101837251A利用两亲性的非离子型氟碳表面活性剂，采用表面包埋工艺使得表面活性剂（亲水基团）留存于膜表层，赋予聚偏氟乙烯多孔膜以亲水性能。但是这种物理吸附的改性方式，会使改性膜表层的表面活性剂在运行一段时间后大量流失，膜的使用价值难以得到维持；而且表面活性剂仅短期存在于膜表层，并未参与基体膜的制备过程，未对基体膜结构和性能构成影响。我们的研究发现，在制膜工艺共混相转化过程中加入某些氟碳表面活性剂能改善膜的孔系结构，而凝固浴及清洗处理后该表面活性剂并不构成膜组分。一方面作为非溶剂相组分，表面活性剂的加入有利于膜瞬时分相发生，形成较为成熟的指状孔结构，有利于膜通量的提升；另一方面，由于氟碳表面活性剂疏水端碳氢链上H原子被部分或全部取代为F原子，使其独具疏水与疏油的特性，在乳化油/水混合液凝固浴（油水体积1:9至3:7）体系下，表面活性剂亲水端率先带动分子至油水混合液与膜接触界面，疏水端对乳化油/水混合液的双疏作用产生反向斥力。由于非离子型氟碳表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB）正介于亲水亲油临界点，其疏油性要相对弱于疏水性。前期研究表明，油水混合液凝固浴体积控制在1:9至3:7之间，可大大减缓溶剂与非溶剂相交换速率，使得共混膜表层有向着延时分相发生的趋势，共混膜表层结构稍显致密，有利于膜截留率的保证。此外，本专利技术通过三段式程序控温（首段70-80°2h、中段40-50°3h、末段70-80°1h）可使共混有表面活性剂的铸膜液均化时间由12h缩短至6h；超声（1h）-真空（30min）-静置（6h）脱泡可使铸膜液由单独静置的24-48h缩短至7-8h。此两项针对本体系铸膜液处理工艺的改进对于降低制膜成本，提高制膜效率亦具有重要价值。具体实施方式实施例1将1.0g氯化锂（LiCl）、0.5g非离子型氟碳特种表面活性剂（FS-30）、8.0g聚偏氟乙烯依次溶于40.5gN,N-二甲基乙酰胺，程序控温水浴加热（首段70-80°2h、中段40-50°3h、末段70-80°1h）搅拌6h，制得均一的铸膜液；然后室温（18-22℃）条件，超声（40kHZ）脱泡1h，真空（负压0.08Mpa）脱泡30min，静置脱泡6h。室温下将铸膜液流延于洁净的玻璃板上，用可调刮刀刮制厚度为150μm的滤膜；在空气中干燥30s；20℃条件下利用乳化油/水混合液（油水体积比为2：8）作为非溶剂相进行凝固浴；纯水清洗浸泡24h，制得FSS/PVD本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，其特征在于：按照如下的步骤进行：步骤一、配置铸膜液，将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂混合，水浴加热搅拌6‑10 h，其中致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂的质量分别占总质量的1%‑3%，1%‑7%，12%‑20%，70%‑86%；步骤二、制作膜片，将超声‑真空‑静置脱泡后的铸膜液按照“Z”字型倾倒在玻璃板或无纺布上，刮制成30‑200 μm厚的薄膜，在空气中静置15‑30 s，利用乳化油/水混合液作为非溶剂相进行凝固浴，制得膜片，该膜片即为高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜。
【技术特征摘要】
1.一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，其特征在于：按照如下的步骤进行：步骤一、配置铸膜液，将致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂混合，水浴加热搅拌6-10h，其中致孔剂、非离子型氟碳特种表面活性剂、主膜材料和有机溶剂的质量分别占总质量的1%-3%，1%-7%，12%-20%，70%-86%；步骤二、制作膜片，将超声-真空-静置脱泡后的铸膜液按照“Z”字型倾倒在玻璃板或无纺布上，刮制成30-200μm厚的薄膜，在空气中静置15-30s，利用乳化油/水混合液作为非溶剂相进行凝固浴，制得膜片，该膜片即为高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜。2.根据权利要求1所述的一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，其特征在于：所述的非离子型氟碳特种表面活性剂为亲水端含氧基团≤2的氟碳表面活性剂，含氧基团为醚基和羟基中的一种或者两种。3.根据权利要求1所述的一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，其特征在于：所述的致孔剂为氯化锂LiCl。4.根据权利要求1所述的一种高通量与高截留率的双优型PVDF平板膜制备方法，其特征在于：所述的主膜材料为特性粘度1.60-2.10dl/g，外观...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海龙，廖祥军，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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