利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，包括步骤：制备活性TiO2纳米颗粒；制备TiO2溶胶，通过浸渍涂敷的方式采用TiO2溶胶进行膜改性，得到表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的方法，对膜孔结构不产生影响，在不损失膜本身的过滤属性前提下，能为膜功能改性提供充分位点，可用于对传统的过滤膜进行功能化改性；经过改性后的膜材料不仅具备较高的亲水性能，还具有光催化活性，能够直接用于水处理，成本低且速度快；经过改性后的膜材料可用于制备具有催化功能的催化膜，制备具有挥发性气体吸收功能的渗透气化膜；还可结合其他功能化材料，进一步提升膜的选择透过性能。进一步提升膜的选择透过性能。进一步提升膜的选择透过性能。

【技术实现步骤摘要】
利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法


[0001]本专利技术属于膜材料
，尤其涉及一种利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法。

技术介绍

[0002]随着膜分离技术的日渐成熟，膜过滤技术已经被广泛应用到各个领域，如饮料浓缩、酿酒、医药合成、污水处理、海水淡化和气体分离等
；目前应用较多的膜材料主要由有机聚合高分子材料(PVDF、PP、PTFE、PES、PI以及PA)制成。
[0003]为了应对不同的应用场景，通常需要对膜表面进行功能化处理，以得到更好的膜过滤表现。比如，在膜法水处理过程中，需要提升膜材料的亲水性能及抗污染性能；在热法膜分离过程中(如膜蒸馏和渗透气化过程)，需要对膜进行超疏水改性，抑制膜的润湿度；在利用膜材料进行VOCs气体分离时，需要对膜表面进行硅烷化处理，提升气体的渗透选择性；再如在催化反应器中，通过在膜材料表面固定催化剂，来实现分离和催化效果的叠加。
[0004]为更有效的应对不同的分离场景，往往需要定制不同的膜材料。但是，受膜材料生产成本以及应用规模影响，为每一个分离过滤场景都量身定做一种膜材料是不切实际的。因此，为了给不同的分离过滤场景提供对应的膜材料，现实中最合理有效的解决方法是对常见的商业膜材料进行改性处理，使其具备特定的属性。
[0005]传统的有机膜在出厂后往往都经过表面钝化处理，缺少活性化学基团，不易进行改性和功能化处理；传统的有机膜处理方法有：
[0006]1)经过长时间高浓度酸碱浸泡或高强度射线照射等方式进行激活，这类方法均容易损伤膜材料及过滤结构，使得膜材料丧失选择性和过滤性。
[0007]2)在膜表面涂敷有机胶粘剂，以进一步粘连功能层。涂敷有机胶粘剂虽然能为膜表面功能层提供稳定的黏附，防止其脱落，但胶粘剂的使用易堵塞膜表面的孔隙，降低膜的透水和透气性，因此对膜通量的损失很大。
[0008]综上所述，如何对膜表面进行恰当有效的修饰和预处理，既不牺牲膜本身的过滤属性，又能提供为进一步功能改性提供充分的位点，对于制备具备特殊功能的膜材料至关重要。

技术实现思路

[0009]本专利技术为克服现有技术中的不足，提供一种利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法。
[0010]这种利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、制备活性TiO2纳米颗粒；
[0012]步骤1.1、研磨TiO2纳米颗粒，将研磨得到的TiO2粉末分散在无水乙醇中，得到乙醇溶液；将TiO2的乙醇溶液先用水浴超声处理15～30分钟，再用探头超声处理15～30分钟，得到TiO2乙醇分散液；
[0013]步骤1.2、用三甲氧基硅烷对TiO2乙醇分散液进行硅烷化修饰：将三甲氧基硅烷醇溶液滴加到TiO2乙醇分散液中，在水浴中加热TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液，通入氮气气氛，对TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液进行搅拌，进行硅烷化反应，得到悬浮液；对悬浮液进行离心分离，将从悬浮液中离心得到的硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒在超纯水中重新分散后，进行清洗；再将清洗后的硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒进行干燥处理，然后研磨成细粉；
[0014]步骤1.3、将硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒的细粉与戊二醛进行共价交联：将硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒的细粉分散到戊二醛的磷酸盐缓冲溶液中，在室温下连续搅拌；将共价交联得到的混合液体中的活性TiO2纳米颗粒进行离心，在超纯水中重新分散后，进行清洗，再将清洗后的活性TiO2纳米颗粒进行干燥处理，然后再次研磨；
[0015]步骤2、制备TiO2溶胶，通过浸渍涂敷的方式采用TiO2溶胶进行膜改性，得到表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜。
[0016]作为优选，步骤1.2中三甲氧基硅烷醇溶液的体积分数为5～30％；对TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液进行搅拌，进行硅烷化反应得到的悬浮液中三甲氧基硅烷醇的含量为1～5％。
[0017]作为优选，步骤1.3中共价交联得到的混合液体中活性TiO2纳米颗粒浓度为10～40mg/ml。
[0018]作为优选，步骤2具体包括以下步骤：
[0019]步骤2.1、制备TiO2溶胶：依次向TiO2纳米颗粒中添加无水乙醇、高氯酸、2，4
‑
戊二酮、异丙醇钛，最后滴加超纯水，在室温下搅拌，形成TiO2溶胶溶液；
[0020]步骤2.2、将孔径为设定值的亲水性PVDF膜先后在超纯水和无水乙醇溶液中均浸泡设定时长，去除膜表面和孔隙内的杂质；
[0021]步骤2.3、通过浸渍涂敷的方式，将TiO2溶胶修饰到经步骤2.2处理后的PVDF膜表面：将经步骤2.2处理后的PVDF膜以0.2～1.0mm/s的下降速度垂直浸没到TiO2溶胶溶液中8～16s，然后以0.2～1.0mm/s的上升速度将PVDF膜从TiO2溶胶溶液中垂直提拉出后，然后将PVDF膜在80～120℃下干燥2.5～16h，然后在90℃水浴中浸泡24h；将从水浴中取出的涂敷有TiO2溶胶的PVDF膜，用超纯水冲洗3次；最后，将涂敷有TiO2溶胶的PVDF膜在室温下干燥；
[0022]步骤2.4、重复执行步骤2.3三次，得到表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜。
[0023]作为优选，步骤2.1中将活性TiO2纳米颗粒溶解于由30～47ml无水乙醇、1～5ml高氯酸、5～10ml 2，4
‑
戊二酮、5～10ml异丙醇钛和5～10ml超纯水制备得到的溶液中，形成TiO2溶胶溶液。
[0024]这种表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜在制备渗透气化膜中的应用：将聚二甲基硅氧烷溶解于正己烷溶剂中，混合均匀后，得到低苯含量的硅橡胶溶液；向低苯含量的硅橡胶溶液中加入交联剂，再向硅橡胶溶液中加入催化剂，进行磁力搅拌均匀后，静置脱泡，得到硅橡胶膜液；将硅橡胶膜液涂覆到表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜上，固化设定时长，得到渗透气化膜。
[0025]这种表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜在制备固定有生物催化剂的膜中的应用：将表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜作为底膜，放置于生物催化剂的溶液中，然后干燥设定时长，得到固定有生物催化剂的膜。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术的方法，对膜孔结构不产生影响，在不损失膜本身的过滤属性前提下，能为膜功能改性提供充分位点，可用于对传统的过滤膜进行功能化改性；经过改性后的膜材料不仅具备较高的亲水性能，还具有光催化活性，能够直接用于水处理，成本低且速度快。
[0028]经过改性后的膜材料具有极高的比表面积和丰富的活性官能团，可用于与催化剂进行化学固定，制备具有催化功能的催化膜；可以结合其他功能化材料，进一步提升膜的选择透过性能，实现更高精度的分离效果；经过改性后的膜材料，还可作为良好的底膜，采用氧硅烷等材料进行改性，来制备具有挥发性气体吸收功能的渗透气化膜。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制备活性TiO2纳米颗粒；步骤1.1、研磨TiO2纳米颗粒，将研磨得到的TiO2粉末分散在无水乙醇中，得到乙醇溶液；将TiO2的乙醇溶液先用水浴超声处理15～30分钟，再用探头超声处理15～30分钟，得到TiO2乙醇分散液；步骤1.2、用三甲氧基硅烷对TiO2乙醇分散液进行硅烷化修饰：将三甲氧基硅烷醇溶液滴加到TiO2乙醇分散液中，在水浴中加热TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液，通入氮气气氛，对TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液进行搅拌，进行硅烷化反应，得到悬浮液；对悬浮液进行离心分离，将从悬浮液中离心得到的硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒在超纯水中重新分散后，进行清洗；再将清洗后的硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒进行干燥处理，然后研磨成细粉；步骤1.3、将硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒的细粉与戊二醛进行共价交联：将硅烷化修饰过的TiO2纳米颗粒的细粉分散到戊二醛的磷酸盐缓冲溶液中，在室温下连续搅拌；将共价交联得到的混合液体中的活性TiO2纳米颗粒进行离心，在超纯水中重新分散后，进行清洗，再将清洗后的活性TiO2纳米颗粒进行干燥处理，然后再次研磨；步骤2、制备TiO2溶胶，通过浸渍涂敷的方式采用TiO2溶胶进行膜改性，得到表面修饰有TiO2溶胶的PVDF膜。2.根据权利要求1所述利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，其特征在于：步骤1.2中三甲氧基硅烷醇溶液的体积分数为5～30％；对TiO2乙醇分散液与三甲氧基硅烷醇溶液的反应液进行搅拌，进行硅烷化反应得到的悬浮液中三甲氧基硅烷醇的含量为1～5％。3.根据权利要求1所述利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，其特征在于：步骤1.3中共价交联得到的混合液体中活性TiO2纳米颗粒浓度为10～40mg/ml。4.根据权利要求1所述利用二氧化钛溶胶涂敷方式进行膜材料表面改性的方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、制备TiO2溶胶：依次向TiO2纳米颗粒中添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪超，潘春雨，王尚，
申请(专利权)人：大器实业上海有限公司，
类型：发明
国别省市：