一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及膜分离材料技术领域，特别是涉及一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法。本发明专利技术利用聚多巴胺的黏附作用，将纯纳米颗粒掺杂到聚多巴胺上，再将掺杂有纳米颗粒的聚多巴胺用于改性PVDF膜，通过聚多巴胺改性PVDF膜表面的亲水性，纳米颗粒可改善PVDF膜孔道结构，提高膜的抗污染能力和机械强度，从而实现了改性PVDF膜具备良好的亲水性和抗污染能力。采用PVDF改性膜处理污水可减少膜污染和对环境的污染，回收利用水资源，同时对达到碳中和具有重大意义。到碳中和具有重大意义。到碳中和具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜分离材料
，特别是涉及一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]水资源短缺被认为是21世纪最严重的问题之一，日益增长的水需求与日益减少的水供应之间的矛盾尤为紧迫。然而在水资源短缺的同时，各类点源和面源污染造成水质持续下降，水环境污染加重，导致水资源可用部分减少，重复利用的难度增加。这将严重影响社会经济的可持续发展，威胁人民群众的饮水安全与身体健康。这就不断催生人们研究性能优秀、成本更加低廉的绿色水处理的方法。
[0003]膜分离技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点，因此被广泛应用于水净化领域。在众多膜种类中，聚偏氟乙烯(PVDF)膜是新发展起来的一种特种分离膜，具有机械强度高、化学性质稳定、抗氧化能力强、耐辐射性、耐高温等优点，成为目前世界范围内综合性能最好的膜品种之一，然而，PVDF超滤膜的亲水性较差，在实际污水处理中，由于污水成分复杂，会产生严重的膜污染，导致水通量下降、截留率降低、使用寿命减少，能耗和成本增加。
[0004]有鉴于此，针对以上现有技术的不足，本专利技术提供一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法，以实现PVDF膜良好的亲水性和抗污染性。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的提供了一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法，通过结合聚多巴胺和纳米颗粒，调变PVDF超滤膜的结构和表面特性，解决了PVDF膜结构较差、强度低、膜表面不亲水、截留率较低同时容易被污染的问题。
[0007](2)技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法，其包括以下步骤：
[0009]无机纳米颗粒的制备；
[0010]缓冲溶液的制备：分别配制三羟甲基氨基甲烷溶液、稀酸溶液，将三羟甲基氨基甲烷溶液和稀酸溶液混合均匀，得到缓冲溶液；
[0011]改性溶液的制备：将无机纳米颗粒和多巴胺加入所述缓冲溶液中，搅拌均匀，得到改性溶液；
[0012]改性剂的制备：将改性溶液烘干后得到的固体研磨处理，以获得掺杂纳米颗粒的聚多巴胺粉末；
[0013]铸膜液的制备：将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于有机溶剂中，搅拌均匀，然后加入设定量所述掺杂纳米颗粒的聚多巴胺粉末，加热搅拌均匀，得到铸膜液；
[0014]利用铸膜液制备改性膜。
[0015]进一步地，所述无机纳米颗粒为氧化锌、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化铜、氧化银、氧化钯、氧化亚银、氯化银、硫酸钡、氧化铁、四氧化三铁、磺化石墨烯、碳酸钙、多壁碳纳米管中的一种或几种，所述纳米颗粒粒径为1～200nm，纯度为分析纯。
[0016]进一步地，缓冲溶液制备时，缓冲溶液pH值为7.5～9.5。
[0017]进一步地，三羟甲基氨基甲烷溶液浓度为0.01～0.2mol/L，稀酸为乙酸、盐酸、硝酸中的一种，稀酸浓度为0.01～0.2mol/L，所述三羟甲基氨基甲烷溶液与所述稀酸的体积比为50～100:15～20。
[0018]进一步地，改性剂制备时，溶液烘干的温度为50～80℃，烘干的时间为8～24h，所述研磨使用的装置为球磨机，所述研磨的时间为20～60min。
[0019]进一步地，铸膜液制备时，所述掺杂纳米颗粒的聚多巴胺粉末的质量分数为0.1～5％，所述聚偏氟乙烯、致孔剂、有机溶剂的质量比为14～18：1～5：81～85，所述搅拌的速率为100～300r/min，所述搅拌的时间为2～8h。
[0020]进一步地，所述致孔剂为羟丙基纤维素、聚维酮、聚乙烯吡咯烷酮共聚物、氯化锂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一种或几种，所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N
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甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、磷酸三甲酯中的一种。
[0021]进一步地，利用铸膜液制备改性膜时，将铸膜液加热搅拌均匀后进行刮膜处理，以获得改性膜。
[0022]进一步地，所述加热的方式为水浴加热，所述加热的温度为50～80℃，所述加热的时间为12～24h，制膜时将铸膜液用制膜机进行制膜，然后将得到的膜在空气中停顿30～60s后再放入水凝固浴中。
[0023]本专利技术还提供了由上述方案所述的制备方法制备的改性PVDF膜。
[0024](3)有益效果
[0025]综上，本专利技术通过聚多巴胺改性PVDF膜表面的亲水性，利用聚多巴胺的黏附作用，将纯纳米颗粒掺杂到聚多巴胺上，将掺杂有纳米颗粒的聚多巴胺用于改性PVDF膜。
[0026]本专利技术结合了有机
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无机两种物质的特点，调变PVDF超滤膜的结构和表面特性，既结合聚多巴胺和纳米颗粒的双重优点：纳米颗粒可改善孔道结构，膜的抗污染能力和机械强度显著提高，聚多巴胺能够改善PVDF膜表面的亲水性；又克服了其单独使用时的缺点，在有效改善膜孔结构的同时，膜孔中掺杂的无机纯纳米颗粒可用于抑制膜表面的生物污染，制备方法简单且可控。
[0027]随着印染行业的快速发展，将PVDF改性膜用于印染废水处理，可以减少膜污染和对环境的污染，回收利用水资源，这对达到碳中和具有巨大意义。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是不同聚多巴胺掺杂纳米ZnO含量下改性PVDF膜在25℃和0.1MPa条件下水通
量对比示意图。
[0030]图2是不同聚多巴胺掺杂纳米ZnO含量下改性的PVDF膜在25℃和0.1MPa条件下在对不同污染物的截留率对比示意图。
[0031]图3是不同聚多巴胺掺杂纳米ZnO含量下改性PVDF膜的机械强度对比示意图。
[0032]图4是不同聚多巴胺掺杂纳米MgO含量下改性PVDF膜在25℃和0.1MPa条件下水通量对比示意图。
[0033]图5是不同聚多巴胺掺杂纳米MgO含量下改性的PVDF膜在25℃和0.1MPa条件下在对不同污染物的截留率对比示意图。
[0034]图6是不同聚多巴胺掺杂纳米MgO含量下改性PVDF膜的机械强度对比示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例。
[0036]本专利技术实施例公开了一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法，包括以下步骤：
[0037]无机纳米颗粒的制备；
[0038]缓冲溶液的制备：分别配制三羟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺协同纳米颗粒改性的PVDF膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：无机纳米颗粒的制备；缓冲溶液的制备：分别配制三羟甲基氨基甲烷溶液、稀酸溶液，将三羟甲基氨基甲烷溶液和稀酸溶液混合均匀，得到缓冲溶液；改性溶液的制备：将无机纳米颗粒和多巴胺加入所述缓冲溶液中，搅拌均匀，得到改性溶液；改性剂的制备：将改性溶液烘干后得到的固体研磨处理，以获得掺杂纳米颗粒的聚多巴胺粉末；铸膜液的制备：将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于有机溶剂中，搅拌均匀，然后加入设定量所述掺杂纳米颗粒的聚多巴胺粉末，加热搅拌均匀，得到铸膜液；利用铸膜液制备改性膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒为氧化锌、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化铜、氧化银、氧化钯、氧化亚银、氯化银、硫酸钡、氧化铁、四氧化三铁、磺化石墨烯、碳酸钙、多壁碳纳米管中的一种或几种，所述纳米颗粒粒径为1～200nm，纯度为分析纯。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，缓冲溶液制备时，缓冲溶液pH值调节为7.5～9.5。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，三羟甲基氨基甲烷溶液浓度为0.01～0.2mol/L，酸为乙酸、盐酸、硝酸中的一种，酸浓度为0.01～0.2mol/L，所述三羟甲基氨基甲烷溶液与所述酸的体积比为50～100:15～20。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，改性剂制备时，溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖，袁傲，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：