一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性膜制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性复合膜制备方法，包括：(1)提供多孔导电基底；(2)提供电解质溶液，将步骤(1)所述基底浸没于电解质溶液中；(3)所述基底上施加正电位，引发电聚合反应，使聚合物在基底表面原位生长，得到电聚合基膜；(4)提供氧化石墨烯掺杂的电解质溶液，将步骤(3)所述电聚合基膜浸没在电解质溶液中；(5)在电聚合基膜上施加正电位，引发电聚合反应，使氧化石墨烯掺杂的聚合物在表面原位生长，得到梯级结构可控的复合膜。本发明专利技术制得的复合膜具有表面形貌可控、亲疏水性可控以及化学组成可控的特性，在膜法水处理领域具有良好应用前景。膜法水处理领域具有良好应用前景。膜法水处理领域具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性膜制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性膜的制备方法。

技术介绍

[0002]水污染和水资源短缺是人类面临最严峻的生存危机之一。污水再生利用是缓解世界性水环境问题的重要策略。膜法水处理技术因具有出水水质好、处理效率高以及占地面积小等优点，是21世纪污水回用的主流技术之一。膜法水处理技术通常包括微滤、超滤、纳滤以及反渗透等，其中超微滤技术可以有效去除水中的悬浮物、胶体以及病原微生物等，运行成本显著低于纳滤和反渗透等高压膜分离技术，并且常用作纳滤和反渗透等的预处理工艺，是最具应用前景的膜法水处理技术之一。膜污染问题是限制膜技术发展的瓶颈问题。通常，增强膜的亲水性有利于减缓运行阶段膜污染的发生，而增强膜的疏水性有利于提升清洗阶段膜污染的清洗效率。但是，由于膜材料自身固有单一亲/疏水性以及不可变表面微纳结构的限制，常规膜材料不具备在运行过程中根据不同操作阶段的需求实现亲水性
‑
疏水性灵活转换的能力，从而限制了处理效率的提升。利用金属材料、碳基材料或导电共轭聚合物材料等制备导电膜，并基于电化学或电吸附过程可实现对膜表面形貌和亲疏水性的调控，具有制备亲疏水性可调控的抗污染膜的潜力，对于提升膜分离技术应用竞争力具有重要意义。
[0003]在导电膜制备方面，现有报道主要集中在膜基材与纳米颗粒、两性共聚物共混，膜表面通过物理或化学作用引入亲水性物质以及借助电化学反应等调控膜界面溶液环境三个方面。例如，徐志伟等人(授权公告号：CN 103084074 B)公开了一种亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法，将聚偏氟乙烯与质量1％
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5％氧化碳纳米管与氧化石墨烯混合物进行共混，制备亲水性聚偏氟乙烯；李建华等人(授权公告号：CN 104548961 B)公开了一种亲水性抗污染聚偏氟乙烯膜的制备方法，利用聚偏氟乙烯原膜表面的氟原子为引发点，采用原子自由基转移聚合法在聚偏氟乙烯原膜表面接枝亲水性抗污染单体；胡继文(授权公告号：CN103585901B)公开了一种自组装亲水性聚砜膜及其制备方法和应用，通过将两亲性二元分子刷与膜基材共混，由相转移法得到在膜表面和膜孔分布亲水官能团的膜。
[0004]根据Wenzel界面张力理论，膜表面的亲疏水性除了与材料自身化学组成有关外，还取决于膜表面的微纳结构。现有的导电膜制备方法仍难以实现微米尺度的梯级结构调控。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有膜分离技术中，传统分离膜材料因表面亲疏水性和微纳结构单一而限制其抗污染性能与选择性截留性能进一步提升的问题。基于共轭聚合物电致形貌转换机理，制备表面微纳形貌和化学组成可调的功能膜，为改善分离膜表面亲疏水性能与截留性能提供有效帮助，为实现膜表面膜污染强化控制提供一种新的膜材料制备与膜污染
控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006](1)提供多孔导电基底；
[0007](2)提供电解质溶液，将步骤(1)所述导电基底浸没于电解质溶液中；
[0008](3)在步骤(2)所述导电基底上施加正电位，引发电聚合反应，使聚合物在所述基底表面原位生长，得到电聚合基膜；
[0009](4)提供氧化石墨烯掺杂的电解质溶液，将步骤(3)所述电聚合基膜浸没在所述氧化石墨烯掺杂的电解质溶液中；
[0010](5)在步骤(4)所述电聚合基膜上施加正电位，引发电聚合反应，使氧化石墨烯掺杂的聚合物在所述电聚合基膜表面原位生长，得到梯级结构和化学组成可调的复合膜。
[0011]所述步骤(1)中的多孔导电基底包括微细金属丝编织网和微细碳基纤维纸，优选地，所述微细金属丝编织网的单根金属丝直径为1.0
‑
100微米，所述微细碳基纤维纸的单根碳纤维直径为1.0
‑
100微米。
[0012]所述电解质溶液包含超纯水、吡咯单体和十二烷基苯磺酸钠，吡咯单体的含量为0.1
‑
2.0mol L
‑1，十二烷基苯磺酸钠的含量为0.025
‑
2.0mol L
‑1。
[0013]所述步骤(3)中所述电聚合反应可在恒电压或恒电流模式下进行，电聚合反应时间为0.5
‑
2小时，所述恒电压模式包括但不限于可以使特定时间段内电极体系电压保持恒定的一种或多种电化学方法，如阶跃电位法、计时电位法等；所述恒电流模式包括但不限于可以使特定时间段内电极体系电流保持恒定的一种或多种电化学方法，如计时电位法、计时电流法等；优选地，所述恒电压法为阶跃电位法，阶跃电位为+1.0V。
[0014]所述步骤(4)中所述氧化石墨烯掺杂的电解质溶液中氧化石墨烯的含量为0.01
‑
1mg mL
‑1。
[0015]所述步骤(5)中所述电聚合反应可在恒电压或恒电流模式下进行，电聚合反应时间为0.5
‑
5小时；所述恒电压模式包括但不限于可以使特定时间段内电极体系电压保持恒定的一种或多种电化学方法，如阶跃电位法、计时电位法等；所述恒电流模式包括但不限于可以使特定时间段内电极体系电流保持恒定的一种或多种电化学方法，如计时电位法、计时电流法等；优选地，所述恒电压法为阶跃电位法，阶跃电位为+1.0V。
附图说明
[0016]图1为本专利技术所述基于电致梯级形貌调控的复合膜制备方法流程图；
[0017]图2显示了根据本专利技术的一个实施例，微细碳基纤维纸基底和以其为导电基底制备的电聚合基膜的扫描电子显微镜图，其中A为微细碳基纤维纸基底表面图，B为电聚合基膜表面图；
[0018]图3显示了根据本专利技术的一个实施例，不同电化学状态下电致梯级形貌调控复合膜的扫描电子显微镜图，其中A为还原态的(
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1.0V)复合膜表面，B为氧化态的(+1.0V)复合膜表面；
[0019]图4显示了根据本专利技术的一个实施例，微细碳基纤维纸基底、常规导电膜、电致梯级形貌调控复合膜的表面在不同电化学状态下的纯水接触角动态变化对比图；
[0020]图5显示了根据本专利技术的一个实施例，微细碳基纤维纸基底、常规导电膜、电致梯级形貌调控复合膜的表面在不同电化学状态下的纯水接触角对比图；
[0021]图6显示了根据本专利技术的一个实施例，电致梯级形貌调控复合膜在20kPa恒压条件下，不同电化学状态的纯水通量对比图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0023]本专利技术提供了一种导电基底电致梯级形貌调控复合膜的制备方法，根据本专利技术实施例，实施流程图见图1，具体包括以下步骤。
[0024]S100、多孔导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电致梯级形貌调控的复合膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供多孔导电基底；(2)提供电解质溶液，将步骤(1)所述导电基底浸没于电解质溶液中；(3)在步骤(2)所述导电基底上施加正电位，引发电聚合反应，使聚合物在所述基底表面原位生长，得到电聚合基膜；(4)提供氧化石墨烯掺杂的电解质溶液，将步骤(3)所述电聚合基膜浸没在所述氧化石墨烯掺杂的电解质溶液中；(5)在步骤(4)所述电聚合基膜上施加正电位，引发电聚合反应，使氧化石墨烯掺杂的聚合物在所述电聚合基膜表面原位生长，得到梯级结构和化学组成可调的复合膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的多孔导电基底包括微细金属丝编织网和微细碳基纤维纸，优选地，所述微细金属丝编织网的单根金属丝直径为1.0
‑
100微米，所述微细碳基纤维纸的单根碳纤维直径为1.0
‑
100微米。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述电解质溶液包含超纯水、吡咯单体和十二烷基苯磺酸钠。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述吡咯单体的含量为0.1
‑
2.0mol L
‑1。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸钠的含量为0.025
‑
2.0mol L

【专利技术属性】
技术研发人员：梁帅，张建文，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：