一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料及其制备方法，将浓度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及海水淡化膜材料领域，尤其涉及一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水资源作为地球上重要的自然资源，是人类生存与发展不可或缺的物质基础。地球上水资源虽然总量大，但是淡水资源仅占到了2.5％，并且实际上可供人类使用的淡水资源仅占到地球上水资源总量的0.26％。根据《世界水发展报告》显示，全球的水资源使用量己是上世纪的6倍，随着水污染的不断加重及水资源环境的不断破坏，目前，己有超过四分之一的人口面临水资源严重短缺的问题。在人口增长和工业化的推动下，按照目前的用水量趋势，预计到2030年，淡水供应短缺比例将接近40％。与此同时，人们也更多地认识到充足的水资源可以带来广泛的社会和生态效益:包括经济活力、公共卫生、国家安全和生态系统健康等。这些意识也正在推动人类寻找解决水资源短缺的技术方法。可饮用的淡水作为人类赖以生存的自然资源正在面临严重短缺问题。海水淡化正在成为获取淡水的重要途径。
[0003]目前己在运行的海水淡化方式如热法和膜法处理过程中存在着消耗化石能源并且产生大量温室气体的问题。相比于传统化石能源，太阳能作为一种可持续绿色能源，可以为海水淡化提供新型的能量支撑。太阳能蒸发海水淡化作为直接利用太阳能得到蒸馏净水的技术，正在逐渐得到广泛关注。
[0004]目前太阳能驱动海水淡化的膜主要有太阳能反渗透膜(SROD)、太阳能蒸馏膜SDM)等，这些材料的制做工艺都比较复杂、耗时长，且在制备过程中不可避免的需要使用大量的化学试剂，其中不乏有毒有害试剂，会对环境及制备者健康产生不利的影响。
[0005]同时，采用太阳能驱动膜材料进行海水淡化过程中，膜材料还存在着诸多应用技术问题，例如：太阳能吸收率不佳，这导致太阳能转换为热能效率较低；膜材料内部孔隙分布较少、孔隙通道曲折复杂，不利于水分的传输；长时间应用膜材料表面盐结晶，这会增加光反射并阻碍膜的水输运通道，导致蒸发速率逐渐降低，蒸汽通量较低。
[0006]此外，随着人口的快速增长和日益严重的水污染，如大型农业机械的使用会导致废油泄漏，以及印染工厂产生的染料废水污染，主要成分是乳化油和有机污染物，使得海水中含有较多的油污、染料等污染源，油污的存在降低了海水淡化的效率。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的受油污等污染物污染的海水淡化效率差的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料及其制备方法，通过在材料表面涂覆涂层，再利用等离子体改性技术制备以太阳能为驱动，集亲、疏水特性于不同侧面的海水淡化膜材料，具有抗污性，可进行高效的海水淡化，增大淡水产量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种用于海水淡化的亲疏水一体
式膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：将浓度为0.1
‑
10mol/L的亲水溶液涂覆在基材的一侧，得到亲水涂层；将浓度为0.1
‑
10mol/L的疏水溶液涂覆在基材的另一侧，得到疏水涂层；
[0010]S2：将步骤S1涂覆好涂层的基材置于等离子体反应器中，通入载气，调节电源参数引发放电，放电电压为12kV
‑
30kV，放电频率50Hz
‑
2.45GHz，放电处理5
‑
20min后可得到海水淡化膜材料；
[0011]S3：对步骤S2得到的海水淡化膜材料边缘处进行隔水处理。
[0012]更进一步地，放电电压为12kV
‑
30kV，放电频率50Hz
‑
2.45GHz，其中微波电源放电功率为50W
‑
500W，放电时间为5
‑
20min。
[0013]优选地，放电电压为12kV、15kV或20kV；放电频率为50Hz、500Hz、1kHz或2kHZ；微波电源功率为100W或120W，经等离子体改性的时间为5min、10min或15min。
[0014]进一步地，在步骤S1中，所述基材选自生物质材料或经过物理、化学、物理化学合成的材料。
[0015]进一步地，在步骤S1中，所述基材选自生物质材料，所述生物质材料选自木材、甘蔗或秸秆；优选的，所述基材选自木材。
[0016]进一步地，在步骤S1中，所述亲水溶液选自丙烯酰胺、四甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、聚吡咯、丙烯腈、乙烯亚胺等试剂中的至少一种；
[0017]所述疏水溶液选自硅酸钠、海藻酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠等试剂中的至少一种。
[0018]进一步地，所述亲水溶液包括重量比为1:3的丙烯酰胺和六甲基二硅氮烷。
[0019]进一步地，所述疏水溶液包括重量比为1:2的硅酸钠和海藻酸钠。
[0020]进一步地，在步骤S1中，所述涂覆方式为喷涂和/或刷涂；
[0021]喷涂参数为：喷嘴流速0.5mL/s，喷涂时间为1
‑
2s；
[0022]刷涂参数为：刷涂1
‑
5次。
[0023]进一步地，在步骤S2中，所述等离子体反应器选自介质阻挡放电等离子体反应器、微波放电等离子体反应器或射流放电等离子体反应器。
[0024]进一步地，在步骤S1中，所述载气选自空气、氮气、氧气、氢气或氩气中的至少一种，所述载气流速为50
‑
200mL/min；优选为，所述载气为氮气。
[0025]进一步地，在步骤S3中，所述隔水处理方法：涂覆硅胶或粘附金属箔外层；优选地，所述隔水方式采用涂覆硅胶，涂覆厚度为0.1
‑
0.01cm，更优选的，所述硅胶涂覆厚度为0.02cm。
[0026]一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料，采用所述的方法制得。
[0027]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]第一、本申请通过在基材表面涂覆不同的涂层，然后通过等离子体对涂覆有涂层的基材进行等离子体改性技术，制备的亲疏水一体式膜材料可直接吸收太阳能，将太阳能转化为热能，进行海水淡化。下层亲水面的亲水作用，保证了下方水分的向上供给；其亲水特性可避免水中油性污染物堵塞水分通道，防止污染物随水分运输至上表面蒸发，污染淡水产品；材料体中低扭曲度的丰富孔道，保障了水分可以运输到上表面，平衡了材料和水体的盐度差；疏水上表面具有较强的光吸收作用，解决了传统太阳能界面蒸发材料光能利用
率小的问题，因此可加速水分子的逃逸，提高蒸发速率，疏水特性及边缘处理有效的防止结晶盐的生成。本专利技术采用涂覆涂层再基于等离子体改性技术，制备的太阳能海水淡化材料，具有较强的光吸收能力，丰富的孔隙结构，抗污、耐盐腐，具有较高的蒸发通量；
[0029]第二、本专利技术所述的经涂覆涂层和等离子体改性技术，制备的亲疏水一体式膜材料，克服了传统利用太阳能进行界面蒸发的海水淡化材料生产中大量使用化学药剂，制备流程繁复、耗时长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将浓度为0.1
‑
10mol/L的亲水溶液涂覆在基材的一侧，得到亲水涂层；将浓度为0.1
‑
10mol/L的疏水溶液涂覆在基材的另一侧，得到疏水涂层；S2：将步骤S1涂覆好涂层的基材置于等离子体反应器中，通入载气，调节电源参数引发放电，放电电压为12kV
‑
30kV，放电频率50Hz
‑
2.45GHz，放电处理5
‑
20min后可得到海水淡化膜材料；S3：对步骤S2得到的海水淡化膜材料边缘处进行隔水处理。2.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述基材选自生物质材料或经过物理、化学、物理化学合成的材料。3.根据权利要求2所述的一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述基材选自生物质材料，所述生物质材料选自木材、甘蔗或秸秆。4.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的亲疏水一体式膜材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述亲水溶液选自丙烯酰胺、四甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、聚吡咯、丙烯腈、乙烯亚胺等试剂中的至少一种；所述疏水溶液选自硅酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：信延彬，孙家宝，范新飞，孙冰，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：