一种能有效解决Trade-off效应的超滤膜的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开一种能有效解决Trade

【技术实现步骤摘要】
一种能有效解决Trade
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off效应的超滤膜的制备方法及其产品


[0001]本专利技术涉及一种具有褶皱结构高通量的碳纳米管
‑
多孔聚乳酸复合微滤膜及其制备方法，尤其涉及一种在多孔形状记忆聚合物材料表面覆盖一层刚性材料，使得材料模量不同从而导致褶皱的形成的复合膜制备方法。

技术介绍

[0002]目前，高分子膜是渗透蒸发、气体膜分离和蒸汽渗透等膜分离过程的主要膜材料，大多数高分子膜都存在渗透性和选择性此大彼小、此升彼降的关系，提高渗透性通常以牺牲选择性为代价，反之亦然，这就是通常所指的Trade
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off效应。高分子膜的Trade
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off效应已经成为提高渗透蒸发等膜分离过程应用效率的主要障碍。目前，解决高分子膜Trade
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off效应的方法主要可分为一聚合物改性法，通过调节材料本身的亲疏水性质，从而提高目标材料的通量以及防污等性能：例如对于较为疏水的PVDF，通过在PVDF表面引入亲水性基团，可以改善PVDF膜的亲水性和防污性能。但是这样的方法对膜进行表面改性实验过程复杂，效率较低且价格昂贵。二为多孔结构调节法，将多孔结构的圆形孔形貌改变成为狭缝孔，在横向方向上使得渗透性有所提高，同时纵向方向上选择性也有所提高，但目前对狭长多孔结构的制备手段仍十分匮乏，光刻技术虽然能获得狭长的孔结构，但仅限在硅这样的单晶材质，价格昂贵。因此我们的目标是提供一种简单、高效且价格低廉的实验方法。
[0003]本专利技术主要通过三步法，首先通过刮涂、刻蚀以及拉伸的方法得到具有取向的多孔膜，然后抽负上碳管溶液，得到复合膜，再对该复合膜进行回复，得到具有微褶皱的复合超滤膜。详细地，通过控制碳管溶液的浓度，多孔膜的拉伸比例来调控复合膜厚度以及起皱。由于在回复过程中碳管之间的取向；微褶皱的形成使得表面粗糙度和接触面积的增加，均能够起到提高通量，而截留保持不变的效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有膜技术的不足，提供一直能有效解决Trade
‑
off效应的超滤膜的制备方法。
[0005]本专利技术方法包括以下步骤：
[0006]步骤(1)基体溶液的配制：
[0007]将聚乳酸、聚环氧乙烷、聚乳酸良溶剂按一定的转速混合均匀，得到基体溶液；
[0008]所述聚乳酸、聚环氧乙烷的质量比为1～5:2；
[0009]所述聚乳酸、聚乳酸良溶剂的质量体积比为1～10g:100ml；
[0010]作为优选，所述聚乳酸良溶剂为氯仿、四氯化碳，更为优选为氯仿；
[0011]作为优选，转速为300～800rpm，搅拌时间为5～15h；
[0012]步骤(2)多孔聚乳酸薄膜的制备：
[0013]在干燥洁净的聚丙烯塑封膜上将基体溶液用刮膜线棒进行刮膜，得到湿膜；待湿
膜中的氯仿溶剂挥发完后将膜完全浸入去离子水中，浸泡至体系中的PEO完全溶于去离子水中，得到厚度为1～10微米的多孔聚乳酸薄膜；
[0014]作为优选，浸泡时间为12～24h；
[0015]步骤(3)碳管溶液的配制：
[0016]将碳管、去离子水、丙酮、分散剂按照一定的浓度搅拌均匀，得到不同浓度的分散均匀的碳管溶液；
[0017]作为优选，碳管溶液的浓度为0.015～0.035mg.ml
‑1；
[0018]步骤(4)单轴拉伸多孔聚乳酸薄膜：
[0019]将步骤(2)所制得的多孔聚乳酸薄膜裁剪成所需尺寸，并置于60～65℃的水浴中按照一定拉伸比进行单轴拉伸，然后置于冷水浴中进行固定成型；
[0020]作为优选，拉伸比为1.5～2.0；
[0021]步骤(5)将步骤(4)所制得的多孔聚乳酸薄膜平铺在分离装置上，然后量取一定体积的步骤(3)所配制的碳管溶液，使其在0.01～0.1MPa的负压下将碳管溶液抽滤在多孔聚乳酸薄膜表面，然后在平板硫化机上以10～20MPa的压力，30～40℃的温度进行热压3～10min，得到碳管层厚度为200纳米～3微米的复合膜；
[0022]作为优选，碳管溶液的体积为1～6ml；
[0023]步骤(6)将步骤(5)所制得的复合膜在60～65℃的水浴中进行回复，使呈拉伸状态的聚乳酸膜回复到原始长度，而碳管膜则在聚乳酸膜的带动下形成褶皱，由此得到具有微褶皱的超滤复合膜。
[0024]本专利技术的另一个目的是提供一种能有效解决Trade
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off效应的超滤膜，为碳管
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聚乳酸复合膜，其包括具有连续贯通孔的多孔聚乳酸膜，以及位于多孔聚乳酸膜上表面的具有微褶皱的碳管层；其中多孔聚乳酸膜的厚度为1～10微米，碳管层的厚度为200纳米～3微米。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术选用“绿色聚合物
”‑
基体多孔聚乳酸薄膜，在不使用化学的方法，只用简单的拉伸、回复就可以得到起皱的复合薄膜，最终使超滤复合膜与原始不起皱膜相比，接触面积有所增大，从而大大改善了复合膜的水通量，使水通量得到极大的提升的同时，保留了对油包水乳液较好的截留率。
[0027]本专利技术采用简单的单轴拉伸来控制多孔聚乳酸薄膜的孔结构(孔径和取向)，同时以不同的拉伸比例和碳管浓度来控制超滤复合膜起皱。
附图说明
[0028]图1样品的SEM图；其中A为实施例1(拉伸比为1的多孔聚乳酸)的表面微观形貌、B为实施例2(拉伸比为1.7的多孔聚乳酸)的表面微观形貌、C为实施例3(碳管
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聚乳酸未起皱复合膜)的表面微观形貌、D为实施例4(碳管
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聚乳酸起皱复合膜)的表面微观形貌、E为实施例3(碳管
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聚乳酸未起皱复合膜)的断面形貌、F为实施例4(碳管
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聚乳酸起皱复合膜)的断面形貌；
[0029]图2为在不同拉伸比例且回复的碳管
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聚乳酸复合膜的表面形貌图；(a)
‑
(d)分别为拉伸比例为1.0，1.5，1.7以及2.0；
[0030]图3为在不同浓度的碳管溶液下不同碳管含量所引起起皱现象的表面形貌图；(Ⅰ)
‑
(Ⅳ)分别为0.01mg.ml
‑1,0.015mg.ml
‑1,0.02mg.ml
‑1,0.025mg.ml
‑1；
[0031]图4为实施例3
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4起皱前后碳管膜
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聚乳酸复合膜的纯水通量以及对十六烷包水乳液截留率测试对比。
具体实施方式
[0032]如前所述，鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提出了本专利技术的技术方案，其主要依据至少包括：(1)通过模量失配所引起的起皱，增大了表面接触面积，从而使通量有大幅度的提升，但是截留率却保持不变，因此对于Trade
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off效应的解决是一个新的策略。(2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能有效解决Trade
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off效应的超滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)基体溶液的配制：将聚乳酸、聚环氧乙烷、聚乳酸良溶剂按一定的转速混合均匀，得到基体溶液；步骤(2)多孔聚乳酸薄膜的制备：在干燥洁净的聚丙烯塑封膜上将基体溶液用刮膜线棒进行刮膜，得到湿膜；待湿膜中的氯仿溶剂挥发完后将膜完全浸入去离子水中，浸泡至体系中的PEO完全溶于去离子水中，得到厚度为1～10微米的多孔聚乳酸薄膜；步骤(3)碳管溶液的配制：将碳管、去离子水、丙酮、分散剂按照一定的浓度搅拌均匀，得到浓度为0.015～0.035mg.ml
‑1的分散均匀的碳管溶液；步骤(4)单轴拉伸多孔聚乳酸薄膜：将步骤(2)所制得的多孔聚乳酸薄膜裁剪成所需尺寸，并置于60～65℃的水浴中按照一定拉伸比进行单轴拉伸，然后置于冷水浴中进行固定成型；步骤(5)将步骤(4)所制得的多孔聚乳酸薄膜平铺在分离装置上，然后量取一定体积的步骤(3)所配制的碳管溶液，将碳管溶液抽滤在多孔聚乳酸薄膜表面，然后热压得到碳管层厚度为200纳米～3微米的复合膜；步骤(6)将步骤(5)所制得的复合膜在60～65℃的水浴中进行回复，使呈拉伸状态的聚乳酸膜回复到原始长度，而碳管膜则在聚乳酸膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：由吉春，李勇进，许金燕，杨邱程，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：