一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用，该蒸馏膜包括基膜，基膜的一侧为亲水皮层，另一侧为全疏水皮层，所述的亲水皮层为聚多巴胺层；所述的全疏皮层为经多巴胺修饰后的PAL层。该Janus型蒸馏膜在膜厚度方向存在不对称结构，一面亲水、一面超全疏，同时具有良好的耐润湿、抗污染性能和热稳定性能。本发明专利技术的膜蒸馏用膜制作方法简单成本较低，且较为环保。非对称性全疏膜具有良好的耐润湿、抗污染特性，可以处理高盐含油污废水，且稳定性较好，可以基本达到100％脱盐，在较长时间使用中通量保持稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用
本专利技术涉及一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用，属于仿生界面材料技术和膜蒸馏

技术介绍
膜蒸馏技术是一种热驱动膜分离工艺，以微孔疏水膜为分离介质，以膜两侧的蒸汽压差为传质推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，实现水与污染物的高效分离，可以得到高品质的分离产物。膜蒸馏工艺具有高达接近100％的截盐率、较低的操作温度、可利用废弃能源等低品位热能、对膜的机械性能要求较低等优势。在挑战性给水处理方面展现出较好的分离效果和巨大的市场潜力。但随着水行业的发展和生态保护的需求，膜蒸馏技术面临着更为复杂的处理对象，比如成分复杂的工业废水、被污染的海水或苦咸水、含油废水、染料废水等，在实际运行过程中，膜的耐久性受到了极大的挑战，承受着膜润湿和膜污染的双重制约。影响蒸馏膜的应用和推广。理想的蒸馏膜应具备耐润湿、抗污染、高渗透、低导热、高热稳定性等特点。全疏膜有较好的稳定性和较好的空气中疏水疏油性，但却具有水下亲油性，会被含油给水污染；空气中亲水的复合膜虽然具有抗污染性能，但却不能有效地抑制低表面能物质对膜的润湿。中国专利文献CN107020017A公开一种抗污染复合蒸馏膜及其制备方法和应用，该复合膜以聚四氟乙烯微滤膜为基膜，通过理化方法对其热侧面进行清洗或蚀刻预处理后，再在热侧面上通过界面聚合进行亲水改性，制备具有良好抗污染能力的亲疏水复合蒸馏膜。虽然该膜有较好的抗污染能力但是处理含油污水、含有低表面能物质(如表面活性剂)废水的性能差，由于该膜不耐油润湿，对于当前治理石油污染海水、含油废水、成分复杂工业废水不适用。中国专利文献CN108404685A涉及一种高通透、耐润湿、抗污染膜蒸馏用蒸馏膜的制备方法，所述方法步骤如下：第一步：对疏水聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，得到疏水多孔纤维膜；第二步：使用静电喷雾将超疏水皮层纺丝溶液喷涂在疏水基膜上，得到超疏水皮层；第三步：使用静电喷雾将超亲水皮层纺丝溶液喷涂在超疏水皮层上，得到不对称超润湿复合纳米纤维蒸馏膜；第四步：将不对称超润湿复合纳米纤维蒸馏膜烘干。由于该方法采用静电纺丝制备基膜，会存在膜不均匀的问题，并且静电纺丝生产效率低，无法实现膜的大量快速生产，导致膜推广受限。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用，该Janus型蒸馏膜在膜厚度方向存在不对称结构，一面亲水、一面超全疏，同时具有良好的耐润湿、抗污染性能和热稳定性能。在商品膜的基础上改性，通过简单沉积和喷涂的方法可以实现膜的快速制备，解决了商品膜易被含油液体、低表面张力物质润湿的问题，能够很好的适用于膜蒸馏工艺，可用来处理含油的高盐废水。为解决以上问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜，包括基膜，基膜的一侧为亲水皮层，另一侧为全疏水皮层，所述的亲水皮层为聚多巴胺层；所述的全疏皮层为经多巴胺修饰后的全疏材料层。一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜的制备方法，包括步骤如下：第一步、制备亲水皮层：将基膜放入多巴胺缓冲溶液中震荡，使聚多巴胺均匀附着在膜的表面，然后去离子水冲洗，得到亲水皮层基膜；第二步、制备全疏水皮层：(1)将全疏层材料加入到Tirs-HCl缓冲溶液中超声，得到混悬液，向混悬液加入多巴胺，在室温下搅拌反应1-4小时，反应后的产物洗涤至中性，干燥，得到多巴胺修饰的全疏层材料；(2)向多巴胺修饰的全疏层材料中加入无水乙醇和氨水或单独的甲苯，超声混合均匀后，加入四乙氧基硅烷(TEOS)、氟化剂在室温下氟化，超声破碎，得到混合均匀的全疏材料悬浮液；第三步、制备Janus型蒸馏膜将混合均匀的全疏材料悬浮液喷涂到第一步制备的亲水皮层基膜另一侧，干燥，得到耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜。根据本专利技术优选的，第一步中，多巴胺缓冲溶液中多巴胺的浓度为0.125-0.5g/L。根据本专利技术优选的，第一步中，多巴胺缓冲溶液为多巴胺的Tirs-HCl缓冲溶液，Tirs-HCl缓冲溶液的浓度10mM，pH＝8.5。Tris-HCl缓冲溶液使得反应体系维持在恒定的pH。根据本专利技术优选的，第一步中，所述的基膜为PTFE膜、PTFE膜、PVDF膜或PP膜，基膜尺寸为3*8cm。进一步优选的，所述的基膜为PTFE膜。根据本专利技术优选的，第一步中，膜在多巴胺缓冲溶液中震荡转速为50-300r/min，温度为20-30℃，震荡时间为3-6小时。根据本专利技术优选的，第二步(1)中，所述的全疏层材料为凹凸棒石PAL、碳纳米管(CNT)或纳米纤维素(CNF)中的一种。最为优选的，第二步(1)中，所述的全疏层材料为凹凸棒石PAL。根据本专利技术优选的，第二步(1)中，当全疏层材料为凹凸棒石PAL时，先将凹凸棒石PAL进行活化，然后加入Tirs-HCl缓冲溶液中，凹凸棒石PAL活化为将凹凸棒石PAL加入到盐酸溶液中搅拌进行活化，活化后去离子水洗涤至pH值为6，然后在真空烘箱中干燥至恒重，研磨至粉末状。当全疏层材料为碳纳米管(CNT)或纳米纤维素(CNF)时，无需进行活化，直接加入Tirs-HCl缓冲溶液中。进一步优选的，凹凸棒石PAL在盐酸溶液中的浓度为0.1g/mL；盐酸溶液的浓度为CHCl＝1mol/L；搅拌转速为650rpm；干燥温度为105℃。根据本专利技术优选的，第二步(1)中，混悬液中全疏层材料的浓度为0.001-0.002g/L。进一步优选的，混悬液中全疏层材料的浓度为0.0017g/L。根据本专利技术优选的，第二步(1)中，加入多巴胺后使混悬液中多巴胺的浓度为0.05-1.5g/L。根据本专利技术优选的，第二步(1)中，干燥为在60℃下真空干燥10小时。根据本专利技术优选的，第二步(2)中，多巴胺修饰的全疏层材料与无水乙醇的质量体积比为：(0.1-0.3):(8-10)，单位，g/mL，多巴胺修饰的全疏层材料与氨水的质量体积比为：(0.1-0.3):(0.5-3)，单位，g/mL。根据本专利技术优选的，第二步(2)中，多巴胺修饰的全疏层材料与无水乙醇的质量体积比为：(0.1-0.3):(40-60)，单位，g/mL。根据本专利技术优选的，第二步(2)中，多巴胺修饰的全疏层材料与四乙氧基硅烷(TEOS)的质量体积比为：(0.1-0.3):(5-15)，单位，g/μL。根据本专利技术优选的，第二步(2)中，氟化剂为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)，1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)与无水乙醇的体积比为：(0.1-0.3):(8-10)。根据本专利技术优选的，第二步(2)中，使用细胞破碎仪进行超声破碎，功率为288W，破碎时间为40分钟。根据本专利技术优选的，第三步中，喷涂全疏材料悬浮溶液的量为6mL。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜，包括基膜，基膜的一侧为亲水皮层，另一侧为全疏水皮层，所述的亲水皮层为聚多巴胺层；所述的全疏皮层为经多巴胺修饰后的PAL层。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜，包括基膜，基膜的一侧为亲水皮层，另一侧为全疏水皮层，所述的亲水皮层为聚多巴胺层；所述的全疏皮层为经多巴胺修饰后的PAL层。


2.一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜的制备方法，包括步骤如下：
第一步、制备亲水皮层：
将基膜放入多巴胺缓冲溶液中震荡，使聚多巴胺均匀附着在膜的表面，然后去离子水冲洗，得到亲水皮层基膜；
第二步、制备全疏水皮层：
(1)将全疏层材料加入到Tirs-HCl缓冲溶液中超声，得到混悬液，向混悬液加入多巴胺，在室温下搅拌反应1-4小时，反应后的产物洗涤至中性，干燥，得到多巴胺修饰的全疏层材料；
(2)向多巴胺修饰的全疏层材料中加入无水乙醇和氨水或单独的甲苯，超声混合均匀后，加入四乙氧基硅烷(TEOS)、氟化剂在室温下氟化，超声破碎，得到混合均匀的全疏材料悬浮液；
第三步、制备Janus型蒸馏膜
将混合均匀的全疏材料悬浮液喷涂到第一步制备的亲水皮层基膜另一侧，干燥，得到耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一步中，PDA缓冲溶液中多巴胺的浓度为0.125-0.5g/L，PDA缓冲溶液为多巴胺的Tirs-HCl缓冲溶液，Tirs-HCl缓冲溶液为10mM，pH＝8.5。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的基膜为PTFE膜、PTFE膜、PVDF膜或PP膜，基膜尺寸为3*8cm，进一步优选的，所述的基膜为PTFE膜，膜在多巴胺PDA缓冲溶液中震荡转速为50-300r/min，温度为20-30℃，震荡时间为3-6小时。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第二步(1)中，所述的全疏层材料为凹凸棒石PAL、碳纳米管(CNT)或纳米纤维素(CNF)中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志宁，张嘉辉，包艳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37