一种具有吸附性能的多孔分离膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有吸附性能的多孔分离膜及其制备方法和应用。所述多孔分离膜包括聚合物层和任选的支撑层，其中，所述聚合物层的表面与内部为由聚合物纤维交织形成三维纤维骨架结构，并由此形成互相贯通的三维网络孔结构，在所述聚合物层中均匀分散有吸附剂。本发明专利技术不但可以降低吸附剂的使用成本而且可以解决在吸附过程中容易团聚易造成二次污染的问题，同时也大大提高分离膜的吸附性能。同时也大大提高分离膜的吸附性能。同时也大大提高分离膜的吸附性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有吸附性能的多孔分离膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜吸附领域，具体地说，是涉及一种具有吸附性能的多孔分离膜 及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]我国的工业生产得到了飞速的发展，其中有色金属冶炼、石油化工、电解 电镀行业发展迅速，这些工厂排放出了大量含金属污染物的废水。这些重金属 一旦进入环境水体后，很难通过水体的自净能力完全消除，而且还会通过食物 链的富集作用，引发急性的食物中毒或机体组织的积累性中毒，从而危害到人 类的健康。化妆品、印刷、纺织、化工加工与制造业，每年也排放着大量含有 染料的污水。染料的分子结构大多数是含有芳香环的芳香族的化合物，一般具 有致畸，致癌，不易降解等特性。而且染料的着色度较大，水体一旦被染料污 染，不仅它的组成成分变得复杂，而且水质和透光度也有所下降，对水生的动 物及微生物生存构成威胁。重金属离子和有机染料的肆意排放对环境水体的破 坏十分严重，为实现污水达标排放，研发优异的吸附材料，对环境可持续发展 的意义十分重大。
[0003]从水中分离去除污染物的方法有很多种，大致可以分为化学沉淀法、膜分 离技术、沉淀法、生物修复法等。近几十年来，膜技术因其占地面积小、效率 高、稳定性好、操作简便、能耗相对较少得到了迅速的发展。膜的性能主要取 决于膜的结构，包括孔径、厚度、粗糙度和亲水性，及其化学性质包括即交 联、官能团反应等。其分离污染物的过程简单来说就是当污染物流经分离膜， 一部分成分被阻止通过，同时一部分成分允许通过，通过膜的部分称为渗透或 产物，剩余部分称为浓缩物或排出物。这样就达到了分离去除的目的。一般而 言，分离膜的吸附过程主要分四步：(1)污染物渗透并大量扩散到膜孔和指状 层中；(2)膜内部纳米吸附剂的络合作用；(3)吸附剂界面上污染物的转 移；以及最后达到(4)平衡阶段。
[0004]膜分离技术去除水中污染物的工艺过程在专利CN107321319A中有介绍， 首先将壳聚糖和辅助纺丝的高聚物按一定比例溶解在乙酸溶液中，充分搅拌均 匀配成纺丝液，通过高压纺丝技术制备纳米纤维膜，将纳米纤维膜在溶剂中浸 泡一段时间，用去离子水乙醇冲洗得到多孔壳聚糖纳米纤维膜，之后进行溴化 等处理，最终得到表面接枝聚合物刷的纳米纤维素。
[0005]此外还有辐射化学接枝改性(CN110878441A)增强对重金属离子的吸附 性能的聚砜分离膜。低温等离子体表面接枝改性(CN103182296A)制备具有 抗菌性的吸附重金属的聚酯分离膜。
[0006]虽然膜分离技术发展迅速，但是在研究中膜分离技术还存在着种种问题， 吸附能力不够，对于低浓度污染物的去除不完全，过滤效率有待提高。因此通 过优化制备方法来得到具有较高生产效率的低成本的具有吸附性能的分离膜显 得尤为重要。
[0007]吸附剂比表面积大，孔隙率高是一种优良的吸附材料，但是存在价格昂 贵，容易团聚，不易回收利用的缺点。本专利技术提供一种具有吸附性能的多孔分 离膜及其制备方法。
通过本体共混，将吸附剂与膜分离技术结合起来，即在铸 膜液中加入一定比例的吸附剂，成膜后通过雾化预处理、凝固浴相转化等操 作，制备出具有中空贯通结构的分离膜。相转化的分步处理可以提高聚合物膜 的比表面积和相转化效率。
[0008]纳米吸附材料一直是污染物吸附的研究热门，因其具有较大的比表面积和 孔隙率，纳米级别的孔径尺寸，对水中的污染物有着无可比拟的优越性和广阔 的应用前景。但是也存在一些缺点阻碍着其应用，造价昂贵，制备工艺复杂， 使其无法大批量的使用，而且由于纳米级的尺寸和巨大的比表面积，纳米吸附 剂之间的范德华力非常大，常常发生团聚现象。

技术实现思路

[0009]为了解决以上现有技术中存在的问题，本专利技术将纳米吸附剂和分离膜技术 相结合，制备多孔分离膜，不但可以降低纳米吸附剂的使用成本而且可以解决在 吸附过程中容易团聚易造成二次污染的问题，同时也可以大大提高分离膜的吸 附性能，综合了吸附剂和膜分离的优点。
[0010]本专利技术的目的之一是提供一种具有吸附性能的多孔分离膜，包括聚合物层 和任选的支撑层，其中，所述聚合物层的表面与内部为由聚合物纤维交织形成 三维纤维骨架结构，并由此形成互相贯通的三维网络孔结构，在所述聚合物层 中均匀分散有吸附剂。
[0011]所述聚合物层的表面和内部为互相贯通的三维网络孔结构，所述聚合物层 断面为沿膜厚度方向上分布着聚合物纤维骨架和孔洞的结构，同时加入了纳米 吸附剂，吸附剂均匀分散在三维纤维骨架结构中。
[0012]所述分离膜可包括支撑层和含有吸附剂的聚合物层，其中支撑层提供机械 强度，聚合物层提供吸附性能。对所述支撑层没有特别的限定，可采用本领域 通常采用的支撑层，可以包括但不限于：无纺布、有纺布等多孔支撑材料。如 果含有吸附剂的聚合物层具有足够的力学强度，所述分离膜也可以只由含有吸 附剂的聚合物层组成。
[0013]进一步地，所述聚合物为聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚砜、 聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素中的一种或多种。
[0014]所述吸附剂优选为碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铁微球、蒙脱土、活性 炭、TiO2、Al2O3中的至少一种。
[0015]所述吸附剂的粒径优选为1～50nm，更优选为3～20nm。
[0016]所述聚合物层的平均孔径为0.01～4μm，优选为0.1～2μm。
[0017]所述聚合物层的孔隙率为30～90％，优选为50～80％。
[0018]根据本专利技术的一种实施方式，当聚合物采用聚乙烯醇与聚氯乙烯、聚丙烯腈、 聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素中的至少一种的混合物时，此 时所述聚合物三维网络骨架上分布着纳米级的凸起。所述凸起的尺寸为 20～200nm。
[0019]所述聚合物层通过雾化预处理与非溶剂致相分离法制备得到。
[0020]本专利技术所述分离膜的多孔结构为一种内外部互相贯通的三维网络孔结构， 其多孔结构呈现纤维状三维网络结构，纤维之间连接牢固，因此提高了分离膜 的稳定性。吸附剂均匀分散在聚合物三维网络骨架中，固定在相对稳定的位置 上，阻止其发生团聚，减少在吸附过程中的二次污染，吸附剂的加入也增加了 分离膜的比表面积。
[0021]本专利技术的目的之二是提供一种具有吸附性能的多孔分离膜的制备方法，包 括以下步骤：将包含吸附剂的聚合物铸膜液经雾化预处理结合非溶剂致相分离 法制成所述多孔分离膜。
[0022]所述制备方法优选包括以下步骤：
[0023]1)将聚合物溶解于溶剂中配制聚合物溶液；
[0024]2)向聚合物溶液中加入吸附剂得到铸膜液；
[0025]3)将步骤2)得到的铸膜液进行刮膜，然后进行雾化预处理，其中雾化预 处理为在雾化的液滴浴中停留；
[0026]4)浸入凝固浴，得到所述多孔分离膜。
[0027]以上制备方法中，
[0028]步骤1)中，所述聚合物溶液中聚合物的含量为4～20wt％，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有吸附性能的多孔分离膜，包括聚合物层和任选的支撑层，其中，所述聚合物层的表面与内部为由聚合物纤维交织形成三维纤维骨架结构，并由此形成互相贯通的三维网络孔结构，在所述聚合物层中均匀分散有吸附剂。2.根据权利要求1所述的多孔分离膜，其特征在于：所述聚合物层的平均孔径为0.01～4μm，优选为0.1～2μm；和/或，所述聚合物层的孔隙率为30～90％，优选为50～80％。3.根据权利要求1所述的多孔分离膜，其特征在于：所述聚合物为聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素中的至少一种；和/或，所述吸附剂为碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铁、蒙脱土、活性炭、TiO2、Al2O3中的至少一种；所述吸附剂的粒径优选为1～50nm，更优选为3～20nm。4.根据权利要求1所述的多孔分离膜，其特征在于：所述三维纤维网络骨架上分布着纳米级的凸起，所述凸起的尺寸为20～200nm。5.根据权利要求1～4之任一项所述的多孔分离膜，其特征在于：所述聚合物层通过雾化预处理与非溶剂致相分离法制备得到。6.一种根据权利要求1～5之任一项所述的多孔分离膜的制备方法，包括以下步骤：将包含吸附剂的聚合物铸膜液经雾化预处理结合非溶剂致相分离法制成所述多孔分离膜。7.根据权利要求6所述的多孔分离膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将聚合物溶解于溶剂中配制聚合物溶液；2)向聚合物溶液中加入吸附剂得到铸膜液；3)将步骤2)得到的铸膜液进行刮膜，然后进行雾化预处理，其中雾化预处理为在雾化的液滴浴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘轶群，朱雪洋，潘国元，张杨，于浩，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：