一种持久亲水超滤膜的制备方法技术

本发明专利技术属于过滤膜领域，涉及一种持久亲水超滤膜的制备方法，首先，在聚合物膜材料常规溶解过程中同步合成功能性亲水分子；然后，在该聚合物溶液(初生态膜)进入凝固浴后，利用凝固浴引发功能性亲水分子间的交联反应，形成亲水交联网络。通过在聚合物相分离进程中原位形成亲水交联互穿网络，限制聚合物链运动、胶束形成生长，形成较均匀的聚合物互穿网络结构，获得具有较均一膜孔结构的持久亲水超滤膜。该方法反应条件温和，制备方法简单，并且具有普适性。适性。适性。

【技术实现步骤摘要】
一种持久亲水超滤膜的制备方法


[0001]本专利技术属于过滤膜领域，涉及超滤膜，尤其是一种持久亲水超滤膜的制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球缺水现象日益严重，水的净化和再利用在人类和工业活动中发挥着越来越重要的作用。膜技术因其成本低、效率高而成为水净化技术的主流。超滤技术具有膜结构适应性强、操作压力低、产水通量高、操作成本低等优并且可以实现对水中胶体颗粒、大分子有机物、蛋白质和微生物的高效去除。超滤技术已经成为新一代城市和工业污水回收的首选技术。
[0003]超滤膜主要是通过孔径筛分作用去除水中的杂质，但是，在干
‑
湿相分离法制备超滤膜过程中，由于相分离过程的随机性，所得大部分超滤膜孔径分布相对较宽，限制分离膜的分离效率。在相分离原理上分析，超滤膜的孔结构主要受到相分离过程中聚合物分子链在铸膜液中的迁移与固化进程，即聚合物胶束的形成、生长与固化等影响。
[0004]因此，实现相对随机的聚合物胶束成核、成长过程的可控发展是实现超滤膜孔结构均一化的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种持久亲水超滤膜的制备方法，原位构建交联网络辅助相分离，通过原位构建亲水交联互穿网络的方法在制膜过程中同步实现持久亲水超滤膜的孔径均一化，促进超滤膜渗透通量、分离性能与抗污染能力同步提升。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案为：
[0007]本专利技术通过一锅法在聚合物膜材料常规溶解过程中原位实现功能性亲水分子的合成。然后，在该聚合物溶液(初生态膜)进入凝固浴后，利用凝固浴引发功能性亲水分子间的交联反应，使其与聚合物膜材料分子链原位形成交联互穿网络。通过原位形成的亲水交联互穿网络协同调控相分离进程，限制聚合物链运动、胶束形成生长，形成较均匀的聚合物网络结构，最终获得具有较均一膜孔结构的持久亲水超滤膜。该方法在制膜过程中同步实现膜材料亲水化和孔径均一化，促进超滤膜渗透通量、分离性能与抗污染能力同步提升。
[0008]本专利技术方法包括以下步骤：
[0009]将聚合物膜材料、活性分子A、活性分子B和溶剂恒温搅拌，在聚合物膜材料常规溶解过程中原位实现功能性亲水聚合物的合成，并获得聚合物溶液；进而，将所得聚合物溶液利用干
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湿相分离法制备超滤膜，利用凝固浴引发功能性亲水分子间的交联反应且固化成膜，即为成品超滤膜。
[0010]其中，所述铸膜液各组分的比例为：聚合物膜材料占铸膜液的重量百分比为13wt％～20wt％，溶剂占铸膜液的重量百分比为55wt％～86wt％，活性分子A占铸膜液的重量百分比为1wt％～10wt％，活性分子B共占铸膜液的重量百分比为1wt％～15wt％，总量为100％。
[0011]聚合物膜材料为常规大多数聚合物膜材料，如聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
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三氟氯乙烯共聚物、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈等中的一种或两种以上的混合物。
[0012]溶剂为二甲基甲酰胺，二甲基亚砜和二甲基乙酰胺中的一种或多种混合物。
[0013]恒温搅拌温度为30～90℃，恒温混合搅拌时间为2h～48h。
[0014]所述活性分子A为同时包含氨基和硅氧烷基团的分子，具体为(3
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氨丙基)三甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、3
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氨基丙基二甲基甲氧硅烷、3
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氨丙基二乙氧基甲基硅烷，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N
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(2
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氨乙基)
‑3‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨乙基)
‑3‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷等中的一种或两种以上的混合物。
[0015]所述活性分子B为二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油基醚、乙二醇二缩水甘油醚、1,6
‑
己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二环氧乙烷甲基醚中的一种或两种以上的混合物。
[0016]其中，活性分子A可以与活性分子B反应，并赋予活性分子B具有自交联特征。活性分子B富含亲水基团。活性分子A与B在铸膜液中结合，并在凝固浴中交联与聚合物分子链形成交联互穿结构。活性分子A与B的协同作用有利于孔径均一化，促进超滤膜渗透通量、分离性能与抗污染能力同步提升。
[0017]凝固浴是指氢氧化钠或者盐酸的水溶液，浓度保持在0.1wt％～30wt％，凝固浴温度控制在25℃～80℃。
[0018]超滤膜是指平板膜或者中空纤维膜中的一种。
[0019]本专利技术的优点和有益效果：
[0020]1、本专利技术利用凝固浴引发功能性亲水分子间的交联反应，使其与聚合物膜材料分子链原位形成亲水交联互穿网络，使超滤膜获得持久亲水性。
[0021]2、本专利技术通过形成的原位形成亲水交联互穿网络调控相分离进程，干涉聚合物链运动、胶束形成生长，形成较均匀的聚合物网络结构，获得具有较均一膜孔结构的持久亲水超滤膜。
[0022]3、本专利技术通过原位构建亲水交联互穿网络的方法实现了超滤膜渗透通量、分离性能与抗污染能力同步提升。
附图说明
[0023]图1为不同活性分子添加量超滤膜在溶剂中的溶解情况对比图；
[0024]图2为不同亲水分子添加量超滤膜孔径及孔径分布的对比图。
具体实施方式
[0025]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面对本专利技术一种基于原位构建交联网络辅助相分离制备超滤膜的方法做进一步详细的描述。
[0026]实施例1至10及对比例1：
[0027]称取13wt％膜材料聚合物，5wt％活性分子A，75wt％二甲基甲酰胺(溶剂)，并加入7wt％的活性分子B，在40℃恒温搅拌48h至完全溶解形成均匀溶液，刮膜后放入具有交联因
子的凝固浴中利用相转化的方法制备平板超滤膜。活性分子A和活性分子B种类以及凝固浴组成如表1所示，凝固浴温度为25℃。
[0028]表1添加不同反应活性分子对平板膜性能的影响
[0029][0030][0031]表1为在铸膜液中添加不同的活性分子A和活性分子B后对超滤膜亲疏水性及抗污染性能的影响。其中对比例1为对照组，实施例1至实施例10为实验组。通过在聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
三氟氯乙烯共聚物、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈等聚合物膜材料中添加一定量不同的活性分子A，如(3
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氨丙基)三甲氧基硅烷、3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、3
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氨基丙基二甲基甲氧硅烷、3
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氨丙基二乙氧基甲基硅烷，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N
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(2
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氨乙基)
‑3‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(2
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氨乙基)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种持久亲水超滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，将聚合物膜材料、活性分子A、活性分子B，溶剂，恒温搅拌，在聚合物膜材料溶解过程中同步合成功能性亲水分子，并获得均一聚合物溶液；再将所得聚合物溶液利用干
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湿相分离法制备超滤膜，利用凝固浴引发活性分子A和B间的交联反应，原位形成交联网络，在相分离过程中使其与聚合物膜材料分子链共同形成交联互穿网络，通过原位形成交联调控相分离进程，限制聚合物链运动、胶束形成生长，形成较均匀的聚合物互穿网络结构，获得具有较均一膜孔结构的持久亲水超滤膜；所述活性分子A为同时包含氨基和硅氧烷基团的分子，所述活性分子B为二缩水甘油醚类功能性亲水分子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的聚合物膜材料占铸膜液的重量百分比为13wt％～20wt％，溶剂占铸膜液的重量百分比为60wt％～86wt％，活性分子A占铸膜液的重量百分比为1wt％～10wt％，活性分子B共占铸膜液的重量百分比为1wt％～15wt％，总量为100％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚合物膜材料为聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
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三氟氯乙烯共聚物、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的一种或两种以上的混合物。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性分子A为(3
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【专利技术属性】
技术研发人员：武春瑞，厍景国，高海富，宋姿萍，吕晓龙，
申请(专利权)人：沧州市天津工业大学研究院，
类型：发明
国别省市：