一种具有耐紫外自清洁的过滤膜及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有耐紫外自清洁的过滤膜，所述具有耐紫外自清洁的过滤膜包括膜，在膜表面通过原位生长负载有光催化剂；其中，所述光催化剂为二氧化钛，且通过溶剂热法或者溶剂凝胶法制备得到。本发明专利技术所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，采用安全环保的等离子体改性方法，不仅对膜材料几乎没有损伤，并且接枝后的亲水基团（羧基）与膜表面通过化学键相结合，改性的亲水效果持久且稳定，不易失效，在进行亲水改性后，有效的增加了膜通量，降低了接触角，因此在过滤中不易被污染，具有较好的抗污染能力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐紫外自清洁的过滤膜及其应用


[0001]本专利技术涉及膜分离
，具体涉及一种具有耐紫外自清洁的过滤膜及其应用。

技术介绍

[0002]膜分离技术被认为是解决水污染问题的关键技术之一，但有机污染物引起的膜污染是所有基于膜的技术普遍存在的问题，并对膜性能产生重大有害影响，这无疑是膜技术发展的瓶颈性问题。为此，将膜分离技术和光催化耦合在一个单元中，在高效节能的水净化和废水处理方面显示出巨大的潜力。然而，光催化功能也给膜本身带来了一个关键挑战，由于光催化功能需要在持续、长时间的光照下才能发挥作用，这就导致膜结构在长时间的光照下，极有可能受到紫外线和活性氧物的严重破坏，导致膜的功能失效，尤其是对于聚合物膜。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种具有耐紫外自清洁的过滤膜及其应用，以解决现有技术中具备光催化功能的膜容易受到紫外线和活性氧化物的破坏、导致膜功能失效的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种具有耐紫外自清洁的过滤膜，所述具有耐紫外自清洁的过滤膜包括膜，在膜表面通过原位生长负载有光催化剂；其中，所述光催化剂为二氧化钛，且通过溶剂热法或者溶剂凝胶法制备得到。
[0005]本专利技术还提供一种具有耐紫外自清洁过滤膜的应用，如上述具有耐紫外自清洁的过滤膜能够过滤废水，能够在紫外灯的长期照射下降解废水中的有机物，且膜表面纤维没有被破坏。其中，所述废水中的有机物主要包括染料、药物以及大分子化合物，具体包括罗丹明B、亚甲基蓝、盐酸四环素、阿司匹林、牛血清蛋白和腐殖酸等。
[0006]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，采用安全环保的等离子体改性方法，不仅对膜材料几乎没有损伤，并且接枝后的亲水基团（羧基）与膜表面通过化学键相结合，改性的亲水效果持久且稳定，不易失效，在进行亲水改性后，有效的增加了膜通量，降低了接触角，因此在过滤中不易被污染，具有较好的抗污染能力；采用溶剂热法或者溶剂凝胶法合成的海胆状二氧化钛，具有优异的催化活性和较高的比表面积，使其可以对多种有机污染物吸附并协同催化，不仅可以保持光催化和膜分离技术的原始优势，而且可以解决和缓解限制这两种技术发的问题。
[0007]2、本专利技术所述过滤膜制备方法步骤简单、操作方便，由于羧基与二氧化钛的配位作用，只需要将二氧化钛生成过程中加入具有亲水性的膨化聚四氟乙烯即可将二氧化钛原位生长在该膜上，仅需一步便能合成，具有很好的工业应用前景。
[0008]3、本发所述过滤膜具有优良的膜通量和光催化性能，其膜通量达到1600 L/(m2·
h)，并且循环使用10次依然保持100%恢复膜通量，其表面的接触角降低至31
°
，在两小时内可催化降解罗丹明B达到95%以上，循环使用20次的降解率依然保持在90%以上，具有广泛应用前景。
附图说明
[0009]图1为本专利技术制备的具有耐紫外自清洁过滤膜的结构示意图，1为聚四氟乙烯，2为聚丙烯酸，3为二氧化钛。
[0010]图2为本专利技术所述具有耐紫外自清洁过滤膜的实物图。
[0011]图3为接枝改性过程的三种膜的接触角；其中，a为聚四氟乙烯原膜、b为接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯膜，c为二氧化钛
‑
膨化聚四氟乙烯过滤膜。
[0012]图4为膜通量变化率图，其中，a为过滤膜自清洁过程中的膜通量变化率、b为循环测试其膜通量恢复率。
[0013]图5为电镜图，其中a和c为未紫外光照的并去除二氧化钛的过滤膜，b和d为紫外光照后的并去除二氧化钛的过滤膜。
具体实施方式
[0014]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0015]一、一种具有耐紫外自清洁的过滤膜所述具有耐紫外自清洁的过滤膜包括膜，在膜表面通过原位生长负载有光催化剂；其中，所述光催化剂为二氧化钛，且通过溶剂热法或者溶剂凝胶法制备得到。所述膜包括聚四氟乙烯、聚氯乙烯膜、聚四氟乙烯膜以及聚偏氟乙烯膜。所述二氧化钛具有海胆状结构。所述过滤膜的膜通量为1301~1627 L/(m2·
h
·
bar)，其接触角为32
°
~54
°
。
[0016]所述具有耐紫外自清洁的过滤膜通过以下步骤制备：S1：将聚四氟乙烯放入等离子注入机中进行活化处理，随后将活化后的聚四氟乙烯暴露于空气中，将其放入玻璃模具内，向玻璃模具中加入质量分数为10~30%的丙烯酸溶液，并向玻璃模具中的溶液通入氮气以去除溶解氧，在50℃~70℃条件下加热1~8h。
[0017]S2：取出玻璃模具并将其放入真空手套箱中，将S1处理后的过滤膜放入装有乙二醇和钛酸正丁酯的容器中搅拌6~8h；随后，向容器中添加无水乙醇和无水乙酸，继续搅拌，再向容器中添加浓硫酸溶液和丙酮，随后将容器中的混合物转移到高压釜中，在160℃~200℃条件下反应3~9h，反应结束后，用异丙醇和氨水的混合溶液进行反复清洗，得到所述具有耐紫外自清洁的过滤膜。其中，钛酸正丁酯与乙二醇的体积比为1:80~1:100，无水乙醇和无水乙酸的体积比为1:1~1:2，浓硫酸为98wt%H2SO4溶液，且浓硫酸与丙酮的体积比为1:100~1:200。
[0018]所述具有耐紫外自清洁的过滤膜还可以通过以下步骤制备：S1：将聚四氟乙烯放入等离子注入机中进行活化处理，随后将活化后的聚四氟乙烯暴露于空气中，将其放入玻璃模具内，向玻璃模具中加入质量分数为10~30%的丙烯酸溶液，并向玻璃模具中的溶液通入氮气以去除溶解氧，在50℃~70℃条件下加热1~8h；S2：在25℃下水浴锅中的烧瓶中，加入无水乙醇和钛酸正丁酯，然后在磁力搅拌1~
2小时，缓慢加入硝酸、无水乙醇和去离子水，持续搅拌1~2小时后得到二氧化钛凝胶；S3：将S1处理后得到的ePTFE膜放入所述二氧化钛凝胶中，并持续搅拌10~60分钟，取出用1:3的异丙醇和氨溶液反复清洗ePTFE膜，即所得为二氧化钛
‑
膨化聚四氟乙烯复合膜；其中，钛酸正丁酯与无水乙醇的体积比为1:10~1:20，硝酸、无水乙醇与去离子水的体积比为1:15:1~1:20:1。
[0019]优选地，在S1中，用功率为10KW的离子注入机对聚四氟乙烯膜进行处理1~5min。
[0020]在S2中，异丙醇和氨水的体积比为1：3。
[0021]二、实施例实施例1S1、用功率为10kw离子注入机处理ePTFE薄膜，随后将ePTFE膜暴露于空气中，并将等离子体处理后的ePTFE膜粘贴在玻璃模具内。将20%丙烯酸溶液转移到玻璃模具中，并在玻璃模具溶液中通入氮气5 min以去除溶解氧，将其在60℃下加热3小时。
[0022]S2、在真空手套箱中，将改性后的ePTFE膜置于装有乙二醇（10mL）和钛酸正丁酯（0.1mL）的聚四氟乙烯内衬中，该溶液在真空手套箱中搅拌8小时。随后，向上述溶液中添加0.25m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有耐紫外自清洁的过滤膜，其特征在于，所述具有耐紫外自清洁的过滤膜包括膜，在膜表面通过原位生长负载有光催化剂；其中，所述光催化剂为二氧化钛，且通过溶剂热法或者溶剂凝胶法制备得到。2.根据权利要求1所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，其特征在于，所述膜包括聚四氟乙烯、聚氯乙烯膜、聚四氟乙烯膜以及聚偏氟乙烯膜。3.根据权利要求1所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，其特征在于，所述二氧化钛具有海胆状结构。4.根据权利要求1所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，其特征在于，所述过滤膜的膜通量为1301
‑
1627 L/(m2·
h
·
bar)，其接触角为32
°
~54
°
。5.根据权利要求1所述具有耐紫外自清洁的过滤膜，其特征在于，所述具有耐紫外自清洁的过滤膜通过以下步骤制备：S1：将聚四氟乙烯放入等离子注入机中进行活化处理，随后将活化后的聚四氟乙烯暴露于空气中，将其放入玻璃模具内，向玻璃模具中加入质量分数为10~30%的丙烯酸溶液，并向玻璃模具中的溶液通入氮气以去除溶解氧，在50℃~70℃条件下加热1~8h；S2：取出玻璃模具并将其放入真空手套箱中，将S1处理后的过滤膜放入装有乙二醇和钛酸正丁酯的容器中搅拌6~8h；随后，向容器中添加无水乙醇和无水乙酸，继续搅拌，再向容器中添加浓硫酸溶液和丙酮，随后将容器中的混合物转移到高压釜中，在160℃~200℃条件下反应3~9h，反应结束后，用异丙醇和氨水的混合溶液进行反复清洗，得到所述具有耐紫外自清洁的过滤膜；其中，钛酸正丁酯与乙二醇的体积比为1:80~1:100，无水乙醇和无水乙酸的体积比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑汶江，廖蓬，杨帆，邹伟，颜杰，杨虎，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：