具有梯度孔结构的防水透气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梯度孔结构的防水透气膜及其制备方法和应用，所述防水透气膜包括支撑层和防水透气功能层，所述防水透气功能层通过静电纺丝法纺制在所述支撑层表面；所述防水透气膜自支撑层到防水透气功能层的孔径逐渐变小。本发明专利技术的梯度孔结构是通过逐层纺制而制得，静电纺丝法纺制的膜薄，孔隙度大，孔径大小易于控制；有利于膜的反向冲洗，减少浓差极化，避免膜表面的污染，从而降低污染物渗漏进淡水侧现象的发生；本发明专利技术的制备方法，工艺过程简单，工艺条件易于控制，是一种全新的制备防水透气膜的方法。备防水透气膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
具有梯度孔结构的防水透气膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理分离膜制备
，尤其涉及一种具有梯度孔结构的防水透气膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]膜蒸馏是近些年来发展起来的新型膜技术，它有机地结合了蒸馏的特点和膜的特点。在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。可用于纯水生产（海水、苦咸水脱盐，电厂锅炉用水和半导体工业用水）、溶液浓缩（废水处理，果汁等浓缩，盐、酸等浓缩）及其挥发性生物产品的脱除。
[0003]能够成功运用于膜蒸馏过程的膜必须是非亲水的和多孔的，能够满足该条件的聚合物膜材料应具有低的表面能即良好的疏水性能，如聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、卤化聚乙烯、含氟高分子等。比较常见的膜蒸馏用膜有聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚偏氟乙烯（PVDF）膜、聚丙烯（PP）膜三种。PTFE膜的疏水性最好，且其耐氧化性和化学稳定性也优于其他两种膜，这使得PTFE膜所应用的物系非常广泛，PVDF膜次之。虽然PP膜化学稳定性及耐氧化性相对较差，但由于价格低廉，市场应用广阔。
[0004]尽管自20世纪60年代前，膜蒸馏技术就已经在国际上开始了较系统的研究，近几十年来对这一新型膜分离过程的研究也在不断深入，但该技术还没有被大规模工业应用。究其原因，主要还在于：
①
实用性膜的产水通量较低；
②
膜蒸馏在运行过程中膜的污染不仅导致膜通量的下降，更为重要的是加速了膜的润湿，使盐等杂质渗漏进入淡水侧，从而使淡水品质下降；
③
此外，传统的相转化法、机械拉伸法和热致相分离法制备多孔膜的技术还未成熟。
[0005]防水透气膜是一种新型的高分子防水材料，水气可以顺着防水膜微孔一直渗透到毛细管（薄膜）达到另一侧，发生透气的现象。其可以防止水的渗透现象的发生而将水等液体隔绝在外部，从而使得防水透气膜真正拥有防水透气的功能，避免了传统膜蒸馏运行过程中膜被润湿，污染物渗漏进淡水侧的现象发生。而静电纺丝法能够制得更薄的膜，还能更好地调控膜孔结构，使得膜的孔隙率、孔径及其分布更合理，适合用于膜蒸馏过程。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有膜蒸馏用膜制膜技术及其膜运行过程的缺陷，提供一种具有梯度孔结构的防水透气膜，该防水透气膜超疏水，透湿量大，孔隙率大，孔径分布范围窄，可避免在使用过程中因膜的润湿导致污染物渗漏进淡水侧现象的发生。
[0007]为达到上述目的，一种具有梯度孔结构的防水透气膜，所述防水透气膜包括支撑层和防水透气功能层，所述防水透气功能层通过静电纺丝法纺制在所述支撑层表面；所述防水透气膜自支撑层到防水透气功能层的孔径逐渐变小。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种具有梯度孔结构的防水透气膜的制备方法，该制
备方法简单，易控制工艺条件从而制备性能优异的防水透气膜。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术的一种具有梯度孔结构的防水透气膜的制备方法，包括以下步骤：S1配制防水透气功能层纺丝液：在50～300℃下，将质量浓度为10～30：70～90含氟高分子材料和溶剂混合、搅拌、溶解，经过滤、脱泡后制得；S2防水透气功能层的制备：采用静电纺丝法将所述防水透气功能层纺丝液纺制在所述支撑层上；S3防水透气膜的制备：将上述防水透气功能层/支撑层经热定型而制得。
[0010]根据本专利技术，步骤S1中所述含氟高分子材料为聚偏氟乙烯（PVDF）、PVDF/六氟丙烯共聚物，乙烯
‑
四氟乙烯（ETFE）或乙烯
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三氟氯乙烯（ECTFE）。
[0011]根据本专利技术，步骤S1中所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛酯、葵二酸二丁酯、己二酸二辛酯、三醋酸甘油酯、环丁砜和γ
‑
丁内酯中的一种。
[0012]根据本专利技术，步骤S2中所述静电纺丝的电压为10～40kV。
[0013]优选地，所述静电纺丝的电压为15～30kV。
[0014]根据本专利技术，步骤S2中所述支撑层为无纺布或微孔膜。
[0015]进一步地，所述无纺布的材质为PP或PET。
[0016]进一步地，所述微孔膜采用熔融纺丝法或静电纺丝法制得。
[0017]所述熔融纺丝法制备微孔膜的方法，具体包括以下步骤：将热塑性切片树脂在螺杆挤出机中熔融，经喷丝板挤出成熔体细流，经拉伸、冷却，平网式接收装置即得。
[0018]根据本专利技术，所述热塑性切片树脂为聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸四次甲基酯或聚苯乙烯中的一种。
[0019]根据本专利技术，所述熔融温度为100～350℃。
[0020]根据本专利技术，所述挤出温度为200～400℃。
[0021]根据本专利技术，所述静电纺丝法制备微孔膜，包括以下步骤：S1在50～90℃下，将质量浓度为12～30：70～82高分子成膜材料和溶剂混合、搅拌、溶解，经过滤、脱泡后制得纺丝液；S2采用静电纺丝法将所述纺丝液纺制成微孔膜。
[0022]根据本专利技术，步骤S1中所述高分子成膜材料为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚丙烯腈中的一种。
[0023]根据本专利技术，步骤S1中所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N
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甲基吡咯烷酮和磷酸三乙酯中的一种。根据本专利技术，步骤S2中所述静电纺丝的电压为10～40kV。
[0024]优选地，所述静电纺丝的电压为15～30kV。
[0025]根据本专利技术，步骤S3中所述热定型温度为140～250℃。
[0026]在本专利技术的防水透气膜制备方法中，在所述步骤S1中，配制不同质量浓度的所述防水透气功能层纺丝液，采用静电纺丝法将所述防水透气功能层纺丝液按照质量浓度由高到低的顺序逐层纺制在所述支撑层上。
[0027]在本专利技术的静电纺丝法制备微孔膜的过程中，在所述步骤S1中，配制不同质量浓度的所述纺丝液，采用静电纺丝法将所述纺丝液按照质量浓度由高到低的顺序逐层纺制成微孔膜。
[0028]本专利技术的又一目的在于提供一种具有梯度孔结构的防水透气膜在污水处理中的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：1）本专利技术具有梯度孔结构的防水透气膜的孔径自支撑层到防水透气功能层逐渐变小，孔径范围为0.1～2μm，梯度孔结构有利于膜的反向冲洗，减少浓差极化，避免膜表面的污染，从而降低污染物渗漏进淡水侧现象的发生；2）本专利技术具有梯度孔结构的防水透气膜是通过逐层纺制而得，静电纺丝法纺制的膜薄，孔隙率大，孔径大小易于控制；在本专利技术中通过控制纺丝液的浓度及其静电纺丝的工艺可调控纺制膜的孔径大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有梯度孔结构的防水透气膜，其特征在于，所述防水透气膜包括支撑层和防水透气功能层，所述防水透气功能层通过静电纺丝法纺制在所述支撑层表面；所述防水透气膜自支撑层到防水透气功能层的孔径逐渐变小。2.一种如权利要求1所述的具有梯度孔结构的防水透气膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1配制防水透气功能层纺丝液：在50～300℃下，将质量浓度为10～30：70～90含氟高分子材料和溶剂混合、搅拌、溶解，经过滤、脱泡后制得；S2防水透气功能层的制备：采用静电纺丝法将所述防水透气功能层纺丝液纺制在所述支撑层上；S3防水透气膜的制备：将上述防水透气功能层/支撑层经热定型而制得。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述含氟高分子材料为PVDF/六氟丙烯共聚物，PTFE，ETFE或ECTFE；所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛酯、葵二酸二丁酯、己二酸二辛酯、三醋酸甘油酯、环丁砜和γ
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丁内酯中的一种；步骤S2中所述静电纺丝的电压为10～40kV；优选地，所述静电纺丝的电压为15～30kV；步骤S2中所述支撑层为无纺布或微孔膜；步骤S3中所述热定型温度为140～250℃。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述无纺布的材质为PP或PET；所述微孔膜采用熔融纺丝法或静电纺丝法制得。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兰，张华，郭士恒，
申请(专利权)人：盐城海普润科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：