一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法，属于废水处理用膜分离技术领域。提供了一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法，所述的方法如下：先将颗粒材料预分散，得到的分散液再与聚合物、有机溶剂组成的膜基质溶液混合均匀形成共混液，加热去除分散剂后得到的铸膜液涂刮在基质载体上，通过相转化去除有机溶剂制成多功能杂化超滤膜。该制备方法，通过分散剂预先分散纳米颗粒，提高颗粒材料在膜中的分散性；通过去除分散剂，保证了铸膜液的粘度和浓度。通过上述方法，可实现在高颗粒负载量的情况下，保持多功能杂化膜的超滤性能和渗透性能，同时相对提升单位质量颗粒材料的处理效果。

【技术实现步骤摘要】
一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法
本专利技术属于废水处理用膜分离
，特别涉及一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法。
技术介绍
随着经济的飞速发展和国民生活水平的日益提高，民众对于环境水平的要求越来越高。对于水环境而言，将废水达标处理是保证水体质量优良的关键所在。而随着污水处理厂的不断提标改造，对废水的深度处理也成为现今学者研究和人们关注的热点。膜技术作为一种高效率、低成本的技术，已经广泛应用于不同种类的废水中多种污染物的深度处理。如微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)等不同种类的滤膜，根据截留尺寸不同，分别针对水中不同的污染物进行去除。传统超滤膜具有运行成本低，对病毒、高分子有机物、胶体等污染物处理效果客观的优点，已经在实际工程中得以广泛应用。然而，超滤膜不能有效地去除重金属离子、小分子有机物等小尺寸污染物，而这些污染物的去除在废水深度处理的过程中恰恰尤为重要。为了解决此问题，新一代的多功能超滤膜技术亟待开发。颗粒材料作为水处理功能材料(即催化剂和吸附剂)已成为研究热点并被广泛应用。然而，直接使用颗粒材料作为水处理剂，尤其是微米材料和纳米材料，在运行的过程中可能会存在压降、团聚、渗出等情况，这就会导致运行成本上升、处理效率下降、安全风险性上升等诸多问题的产生。为了克服上述问题，负载型微米/纳米颗粒材料在近年得到了关注和发展。近来，一种新型的混合基质膜(MMMs)，即在聚合物膜中杂化颗粒材料作为吸附剂、催化剂，已经逐渐受到关注。功能化的超滤膜能够通过吸附、催化去除重金属离子和小分子有机物，并且保持超滤功能和相当高的水通量。到目前为止，很多颗粒材料，如Fe3O4、氧化石墨烯(GO)等已经被报道杂化到聚合物基膜中在水处理过程中起到吸附、催化氧化的作用。然而，由于团聚和粘度等影响因素，过多的颗粒负载量会导致大孔的出现甚至聚合物无法成膜，同时也会降低单位质量颗粒材料的处理效果。为了依旧能够起到超滤作用，膜中颗粒的含量通常都相当低(一般低于10％)，这就严重限制了膜的处理性能。例如，中国专利申请号为201611191985.6，申请公开日为2017年4月26日的专利申请文件公开了一种载银氧化石墨烯-聚乙烯醇超滤膜及其制备与应用。该专利首先制备了通过偶联剂改性的载银氧化石墨烯，而后将成孔剂溶液、氧化石墨烯、聚乙烯醇水溶液共混、成膜。该方法能够通过绿色环保、操作简单、经济易行的方法制备出高水通量恢复率、低BSA通量衰减率、高分离截留性能且具有杀菌功能的多功能杂化超滤膜。然而，该杂化超滤膜的颗粒负载量最高仅为10wt％，这就会使得活性材料的比例较低，进而限制了膜材料的抗菌效果。目前少量专利和文献提出了一些制备高负载量超滤膜的方法，但是这些方法还都存在着一些问题。例如，中国专利申请号为201710408265.9，申请公开日为2017年9月29日的专利申请文件公开了一种超滤/吸附双功能膜及其制备方法。该专利先将聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺与N,N-二甲基甲酰胺共混得到铸膜液并浸渍沉淀成膜，而后从膜背面反向过滤将纳米粒子固定在指状孔中，最后再用有机聚合物对膜背面大孔封口，得到Fe3O4灌装的超滤/吸附双功能膜。制备出的膜具有较高的负载量，并且展现出大通量、高截留效率、强金属吸附性能的优良性能。然而，这种方法制备的膜材料的使用寿命和纳米颗粒的分散性都有待进一步考量。膜背面大孔中负载的方式与传统共混的制膜方式相比，可能更容易脱落，这就会这就会引起膜使用寿命的降低以及纳米颗粒渗出的风险。此外，此方法颗粒负载的分散情况也无法较好的控制。因此，开发一种新型颗粒高负载量的多功能滤膜制备技术，就成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的在于解决传统方法制备的多功能杂化超滤膜颗粒负载量低的问题，提供一种提高多功能杂化膜颗粒负载量的制备方法。通过预分散和蒸发分散剂的方法，可以保证膜在具有超滤性能的同时，提高颗粒材料的负载量和分散效果，进而提升催化/吸附效果。以该方法制成的杂化膜由颗粒材料和聚合物基质组成，颗粒材料可作为催化剂或吸附剂使杂化膜多功能化，聚合物基质可以保证杂化膜的超滤效果。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，包括以下步骤：将颗粒材料预分散，即加入到分散剂中混合均匀，制得分散液，将分散液和膜基质溶液混合后制备多功能杂化膜更进一步地，该制备方法的步骤为：(1)颗粒预分散：将颗粒材料加入到分散剂中，充分混合均匀，制得分散液；(2)共混：配置聚合物和有机溶剂组成的膜基质溶液，充分混合均匀并全部溶解后，和步骤(1)中的分散液充分混合均匀，得到共混液；(3)去除分散剂：将(2)中共混液中的分散剂通过加热的方法去除，得到铸膜液；(4)制膜：将步骤(3)中所得的铸膜液涂刮在基质载体上，通过相转化去除有机溶剂制成多功能杂化膜。优选地，步骤(1)中所述的颗粒材料为微米级或纳米级的吸附剂，或微米级或纳米级的催化剂，包括但不限于金属-骨架有机化合物、水合金属氧化物、金属氧化物、金属单质、氧化石墨烯、石墨烯，颗粒材料的具体情况根据待处理废水的水质条件以及废水处理方式等实际应用需求进行确定。优选地，步骤(1)所述的分散剂是有机溶剂，包括但不限于丙酮、甲醇、乙醇、表面活性剂。优选地，步骤(1)中所述的分散液中颗粒材料的含量为0.1wt％-70wt％。优选地，步骤(1)、(2)中所述的充分混合均匀的方式包括机械搅拌、磁力搅拌、震荡、超声。优选地，步骤(2)中所述的聚合物包括但不限于聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、混合纤维素、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚砜酰、胺聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺。优选地，步骤(2)中所述的有机溶剂包括但不限于N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺。优选地，步骤(2)中所述的膜基质溶液中聚合物的含量为1wt％-50wt％。优选地，步骤(2)中所述的分散液和膜基质溶液混合制成共混液的比例为(1～100)：10。优选地，步骤(3)中所述的加热去除分散剂的方法包括但不限于浓缩蒸发、旋蒸、水浴加热、油浴加热、烘箱直接加热、电热板/电热炉直接加热。优选地，步骤(3)中所述的加热去除分散剂的方式包括但不限于浓缩蒸发、旋蒸、水浴加热、油浴加热、烘箱直接加热、电热板/电热炉直接加热，加热温度为40-150℃，加热时间为60-5000min。优选地，步骤(4)所述的基质载体包括但不限于玻璃板、铝箔、氧化铝基材、聚四氟乙烯板，所述的刮涂方法包括通过刮膜器手动刮膜和自动刮膜，所述的相转化方式包括热致相转化和非溶剂相转化。优选地，步骤(4)中所述的杂化膜中颗粒材料的比例为1wt％-80wt％，聚合物的比例为20wt％-99wt％。3.有益效果与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供了一种提高共混膜中颗粒负载量的方法，该方法通过预分散而后去除分散剂的方法，有效提高了颗粒材料的分散性，并保证了铸膜液的浓度和粘度，因此可在保证膜超滤性能的前提下提升颗粒负载量，进而提升催化/吸附效果。由此，通过该方法制备的多功能杂化超滤膜可以对于复杂水质废水实现多功能(超滤截留及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将颗粒材料预分散，即加入到分散剂中混合均匀，制得分散液，将分散液和膜基质溶液混合后制备多功能杂化膜。

【技术特征摘要】
1.一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将颗粒材料预分散，即加入到分散剂中混合均匀，制得分散液，将分散液和膜基质溶液混合后制备多功能杂化膜。2.根据权利要求1所述的一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：(1)颗粒预分散：将颗粒材料加入到分散剂中，充分混合均匀，制得分散液；(2)共混：配置聚合物和有机溶剂组成的膜基质溶液，充分混合均匀并全部溶解后，和步骤(1)中的分散液充分混合均匀，得到共混液；(3)去除分散剂：将(2)中共混液中的分散剂通过加热的方法去除，得到铸膜液；(4)制膜：将步骤(3)中所得的铸膜液涂刮在基质载体上，通过相转化去除有机溶剂制成多功能杂化膜。3.根据权利要求1所述的一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于，所述颗粒材料为微米级或纳米级的吸附剂，或微米级或纳米级的催化剂，包括但不限于金属-骨架有机化合物、水合金属氧化物、金属氧化物、金属单质、氧化石墨烯、石墨烯，膜中颗粒材料的比例为1wt％-80wt％。4.根据权利要求1所述的一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于，所述分散剂是有机溶剂，包括但不限于丙酮、甲醇、乙醇、表面活性剂。5.根据权利要求2所述的一种提高杂化膜颗粒负载量的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的聚合物包括但不限于聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、二醋酸纤维素、三醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炜铭，任逸，潘丙才，花铭，吕路，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32