新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法和应用，所述Janus聚合物中空纤维膜的膜的外表面和内表面具有孔结构，外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。所述新型Janus聚合物中空纤维膜通过以下步骤制备得到，步骤一：封闭聚合物中空纤维膜两端，得到封端纤维膜；步骤二：将所述封端纤维膜浸泡到引发剂溶液中；步骤三：将步骤二得到的负载引发剂的封端纤维膜放入改性溶液中反应；步骤四：洗涤步骤三得到的改性膜。本发明专利技术的Janus膜具有高通量、高截留及抗污染性能，本发明专利技术制备工艺简便、易于操作、条件温和、普适性强。

【技术实现步骤摘要】
新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法和应用
本专利技术属于聚合物分离膜领域，特别涉及一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法。
技术介绍
Janus膜是膜领域一个新兴的概念。它一般是指具有不对称结构或者性质的分离膜。这一概念自2010年首次提出以来，受到了膜研究领域的广泛关注。2016年，有文献记载，区别Janus膜与一般不对称膜的关键在于膜两面的性质是否“对立”，如亲水性/疏水性或者荷正电性/荷负电性，而单纯的结构或组成上的不对称不能被称作Janus膜。Janus膜材料由于其独特的结构及性能，已经被广泛地应用于各种领域中，如界面传质，可控的离子输送，单向的油水乳液分离等。一般来说，主要通过不对称构筑及不对称修饰两种技术路线来制备Janus膜。前者主要包括顺序电纺，顺序真空过滤，分子链段的迁移等。后者主要通过对膜材料的单面改性来实现，但是在湿法改性工艺中，可润湿性的表面在毛细作用下会使改性溶液从膜材料的一面扩散至另一面，最终造成膜材料两面被改性；不可润湿的表面会产生脱湿现象，导致膜表面的不均一改性。目前来说，如何通过湿法改性工艺来获得单面改性的Janus膜材料仍然是一个挑战。因此，寻找一种简单通用可以对膜材料进行单面改性的方法，对于Janus膜的制备至关重要。在申请号为CN201810535317.3的专利文献中，公开了了一种Janus复合膜的制备方法，该种膜一侧具有疏水性能，另外一侧具有亲水性能，适用于油水分离、膜蒸馏等不同领域应用。按以下步骤实现：用蠕动泵将pH＝8.5的多巴胺与脂肪胺的混合涂覆液通入膜组件中选择层一侧；同时，用蠕动泵将同浓度的氯化钠水溶液通入膜组件另外一侧，涂覆时间12小时，用蒸馏水清洗；用蠕动泵将pH＝8.5的多巴胺/KH560涂覆液通过多孔膜的多孔侧；同时使用蠕动泵将同浓度的氯化钠溶液通过多孔膜选择层一侧，涂覆时间12小时，用蒸馏水清洗。该文献通过在膜两侧涂覆不同的化学物质来制备Janus膜材料，由于涂覆层与基膜之间仅仅是简单的物理沉积作用，因此膜材料的稳定性能可能存在一定的缺陷。此外，该方法采用对膜两侧分别进行涂覆，程序有点繁琐。
技术实现思路
目前现有技术中存在的技术问题是，现有湿法改性工艺容易造成膜材料两面被改性或者膜材料表面改性不均一、制备程序复杂等。本专利技术人为解决上述技术问题发现，将超声辅助界面悬浮共聚合技术应用于膜表面改性，能够避免毛细作用造成的膜两面改性，制备得到膜表面均匀改性层。聚合过程中有机溶剂和水的配比变化时，能够有效调节改性层中的孔结构，进而调节膜的应用适应性。本专利技术提供一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法，它制备过程简单，制得的Janus聚合物中空纤维膜结构稳定，且具有高截留、高通量及优异的抗污染性能，应用在水处理方面，具有较好的分离效果，以克服现有技术的不足。具体来说，本专利技术提出了如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种Janus聚合物膜，所述Janus聚合物膜为中空纤维膜，膜的外表面和内表面具有孔结构，且外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述外表面的水接触角小于60°，优选的是，所述外表面的水接触角为25-60°，进一步优选为25-55°。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述外表面的孔结构的孔径大小为0.05-10μm，优选为0.1-5μm，进一步优选0.2-2μm。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述Janus聚合物膜的纯水通量为120-300L/m2h；优选为160-270L/m2h；进一步优选为180-270L/m2h。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述Janus聚合物膜的血清蛋白截留为85％-100％，优选为90-99.7％，进一步优选为97-99.7％。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述Janus聚合物膜的水包油型乳液的分离效率为99-100％，优选为99.5-99.9％；进一步优选为99.7-99.9％；进一步优选为99.8-99.9％。优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述Janus聚合物膜的内表面材料(即膜基体材料)选自聚丙烯、聚偏氟乙烯和/或聚砜；优选的是，所述外表面包括烯烃-马来酸酐共聚物或者烯烃-丙烯腈共聚物；进一步优选的是，所述烯烃-马来酸酐共聚物选自苯乙烯-马来酸酐共聚物、α甲基苯乙烯-马来酸酐共聚物、反二苯基乙烯-马来酸酐共聚物和醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物中的一种或两种以上，所述烯烃-丙烯腈共聚物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物、α甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物、反二苯基乙烯-丙烯腈共聚物和醋酸乙烯酯-丙烯腈共聚物中的一种或两种以上，进一步优选的是，所述外表面包括苯乙烯-马来酸酐共聚物或者苯乙烯-丙烯腈共聚物。另一方面，本专利技术提供了一种上述的Janus聚合物膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一：封闭聚合物中空纤维膜两端，得到封端纤维膜；步骤二：将所述封端纤维膜浸泡到引发剂溶液中；步骤三：将步骤二得到的负载引发剂的封端纤维膜放入改性溶液中反应；步骤四：洗涤步骤三得到的改性膜。优选的是，上述的制备方法，其中，所述步骤一包括对聚合物中空纤维膜材料进行超声清洗的工序；优选的是，超声清洗功率为100-360W。优选的是，上述的制备方法，其中，所述步骤一通过环氧树脂固化封端；优选的是，通过环氧树脂和胺类固化剂反应固化封端。优选的是，上述的制备方法，其中，所述引发剂溶液的浓度为3-11wt％，优选3-8wt％；进一步优选的是，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫酸盐中的一种或两种以上，优选过氧化苯甲酰；进一步优选的是，所述引发剂溶液中溶剂选自丙酮、乙醇和丁醇中的一种或两种以上。优选的是，上述的制备方法，其中，所述改性溶液包括反应单体和溶剂；优选的是，所述反应单体选自乙烯基单体和马来酸酐、或乙烯基单体和丙烯腈；进一步优选的是，所述乙烯基单体选自苯乙烯、α甲基苯乙烯、反二苯基乙烯和醋酸乙烯酯中的一种或两种以上；进一步优选的是，所述乙烯基单体选自苯乙烯；进一步优选的是，所述乙烯基单体与溶剂的质量比为1-8％，进一步优选1.5-4.5％；进一步优选的是，所述马来酸酐或丙烯腈与溶剂的质量比为1-8％，进一步优选1.5-4.5％；进一步优选的是，乙烯基单体与马来酸酐的摩尔比为0.5-2；优选的是，上述的制备方法，其中，所述改性溶液中的溶剂选自水和有机溶剂的混合溶剂，优选的是，所述有机溶剂选自丙酮、乙醇和丁醇中的一种或两种以上；进一步优选的是，所述有机溶剂和水的质量比例为1-10:1，进一步优选2-9:1，进一步优选4-9:1。优选的是，上述的制备方法，其中，所述反应时反应温度为60-70℃；优选的是，所述反应在超声环境进行，进一步优选超声功率为500-1000W，进一步优选540-900W；进一步优选的是，反应时间为0.5-2.5小时，进一步优选1.5-2小时。优选的是，上述的制备方法，其中，所述洗涤包括用有机溶剂洗涤和水洗涤工序；优选的是，所述有机溶剂选自丙酮、乙醇和丁醇中的一种或两种以上。本专利技术还提供了上述的制备方法得到的Janus聚合物中空纤维膜。另一方面，本专利技术还提供了上述的Janus聚合物中空纤维膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Janus聚合物膜，其特征在于，所述Janus聚合物膜为中空纤维膜，膜的外表面和内表面具有孔结构，外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。

【技术特征摘要】
1.一种Janus聚合物膜，其特征在于，所述Janus聚合物膜为中空纤维膜，膜的外表面和内表面具有孔结构，外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。2.根据权利要求1所述的Janus聚合物膜，其中，所述外表面的水接触角小于60°，优选的是，所述外表面的水接触角为25-60°，进一步优选为25-55°。3.根据权利要求1或2所述的Janus聚合物膜，其中，所述外表面的孔结构的孔径大小为0.05-10μm，优选为0.1-5μm，进一步优选0.2-2μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的Janus聚合物膜，其中，所述Janus聚合物膜的内表面材料选自聚丙烯、聚偏氟乙烯和/或聚砜；优选的是，所述外表面包括烯烃-马来酸酐共聚物或者烯烃-丙烯腈共聚物；进一步优选的是，所述烯烃-马来酸酐共聚物选自苯乙烯-马来酸酐共聚物、α甲基苯乙烯-马来酸酐共聚物、反二苯基乙烯-马来酸酐共聚物和醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物中的一种或两种以上，所述烯烃-丙烯腈共聚物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物、α甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物、反二苯基乙烯-丙烯腈共聚物和醋酸乙烯酯-丙烯腈共聚物中的一种或两种以上，进一步优选的是，所述外表面包括苯乙烯-马来酸酐共聚物或者苯乙烯-丙烯腈共聚物。5.一种根据权利要求1-4任一项所述的Janus聚合物膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一：封闭聚合物中空纤维膜两端，得到封端纤维膜；步骤二：将所述封端纤维膜浸泡到引发剂溶液中；步骤三：将步骤二得到的负载引发剂的封端纤维膜放入改性溶液中反应；步骤四：洗涤步骤三得到的改性膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述步骤一包括对聚合物中空纤维膜材料进行超声清洗的工序；优选的是，超声清洗功率为100-360W；进一步优选的是，所述步骤一通过环氧树脂固...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵会菊，秦舒浩，张凯舟，祁娅婷，罗大军，崔振宇，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52