一种制造技术

本发明专利技术涉及一种

【技术实现步骤摘要】
一种Janus PVDF中空纤维超滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜材料
，尤其涉及一种
Janus PVDF
中空纤维超滤膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]膜分离技术作为一种集浓缩和分离于一体的高效无污染净化技术，具有操作简单
、
维护方便
、
能耗低
、
适应性强等特点，已广泛应用于化工
、
电子
、
食品
、
医疗和环境保护等领域
。
常用的膜材料中，聚偏氟乙烯
(PVDF)
是一种新兴的
、
综合性能优良的膜材料，其因机械强度高
、
耐酸碱腐蚀性佳
、
化学稳定性好等优点，具有广阔的应用前景
。
[0003]目前，商品化的
PVDF
中空纤维超滤膜由于
PVDF
本身极强的
C
‑
F
键致使它的表面亲水性较差，因此，大部分都是疏水膜
。
疏水膜在运行过程中需要经常进行物理和化学清洗，增加运行的成本；长期使用过程中，油性物质容易在膜表面形成污堵，特别在水质较差的
MBR
系统中导致膜污染严重，膜通量剧减，且不能恢复，缩短了膜的使用寿命
。
另外，由于微生物粘附或沉积在膜表面，形成生物膜，膜表面活细菌随着生物膜厚度的增加而增加，污染层因其代谢产物变得更加紧密/>。
因此，开发一种具有亲水性和抗菌性的双重抗污染功能的
PVDF
膜材料至关重要
。
[0004]例如，中国专利
CN106215723A
公开了一种超亲水型复合
PVDF
超滤膜的制备方法，通过在
PVDF
膜表面自聚多巴胺
、
接枝芳香多元酰氯并将铵盐端基修饰的二氧化硅纳米颗粒接枝到
PVDF
膜上获得亲水性复合
PVDF
超滤膜，纳米颗粒质量分数为
0.08wt
％时接触角降至
46
°
。
中国专利
CN102516584A
公开了一种聚偏氟乙烯膜抗蛋白质污染的改性方法，通过两步聚合接枝法在聚偏氟乙烯膜表面形成两性离子共聚层，在两性离子3‑
(
甲基丙烯酰胺
)
丙基
‑
二甲基
(3
‑
磺丙
)
胺的接枝率在
522
μ
g/cm2时接触角降至
29.1
°
。
中国专利
CN102205209A
公开了一种抗菌高分子超滤膜和其制备方法，将由无机载体和抗菌剂复配而成的具有长期缓释作用的抗菌剂颗粒加入所述高分子制膜液中，制备一种具有长期抗菌效果的高分子超滤膜
。
上述方法中，通过共混方式引入改性剂，虽然提高了
PVDF
膜亲水性和抗菌性，但存在改性剂与膜基体相容性差导致原料流失等问题；而接枝改性方式则存在过程繁琐
、
成本较高等劣势
。
[0005]在此情况下，集两种不同组分或结构于一体的
Janus
材料受到了越来越多研究者的关注，其包括
Janus
粒子
、Janus
膜
、Janus
薄片等
。
例如，此类粒子的一部分呈现亲水性，另一部分表现为疏水性
。
与其他单一均质材料相比，
Janus
材料能够带来双功能效应，但该材料的制备方法对材料之间的相容性要求高
。
因此，寻找一种与
PVDF
膜相容性好
、
适合大规模工业化应用，能实现亲水性和抗菌性双功能的新型
Janus PVDF
膜材料具有重要的现实意义
。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术提供一种
Janus PVDF
中空纤维超滤膜及其
制备方法，以改善膜材料之间相容性差
、
工艺复杂等问题，制备出具备亲水性和抗菌性双功能效用的
Janus PVDF
膜材料
。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，所述
Janus PVDF
中空纤维超滤膜包括
PVDF
中空纤维超滤基膜和
Janus
粒子；所述
PVDF
中空纤维超滤基膜由聚酯纤维中空编织管和
PVDF
聚合物铸膜液亲水改性而成；所述
Janus
粒子的一侧为
TiO2‑
PVDF
，另一侧为改性环氧树脂；
[0009]所述
TiO2‑
PVDF
由第一纺丝液制备，所述第一纺丝液包括
TiO2纳米颗粒和
PVDF
；
[0010]所述改性环氧树脂由第二纺丝液制备，所述第二纺丝液包括环氧树脂
、
含环氧基的硅烷偶联剂和胺类固化剂
。
[0011]本专利技术提出的一种
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，利用两端结构不同的
Janus
粒子修饰
PVDF
中空纤维超滤基膜得到
。
对于
Janus
粒子的
TiO2‑
PVDF
固体侧，由于本身包含
PVDF
，其与
PVDF
中空纤维超滤基膜基本不存在相容性的问题，且其中的
TiO2纳米颗粒赋予了
PVDF
中空纤维超滤基膜亲水性和抗菌性
。TiO2‑
PVDF
固体侧与
PVDF
中空纤维超滤基膜的结合牢固性主要归因于改性环氧树脂浆液侧的固化作用：改性环氧树脂浆液侧自动转向朝外，其中含环氧基的硅烷偶联剂的环氧官能团端与胺类固化剂的部分氨基反应，胺类固化剂的另外部分氨基与环氧树脂反应，从而将含环氧基的硅烷偶联剂接枝在环氧树脂上，进而克服与
PVDF
中空纤维超滤基膜相容性的问题，且不会因使用而导致原料流失；含环氧基的硅烷偶联剂的硅烷端水解成亲水基团硅醇，进一步增强
PVDF
中空纤维超滤基膜的亲水性，最后得到具有优异亲水性
、
抗菌性
、
抗污染性的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜
。
[0012]可选地，所述
PVD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述
Janus PVDF
中空纤维超滤膜包括
PVDF
中空纤维超滤基膜和
Janus
粒子；所述
PVDF
中空纤维超滤基膜由聚酯纤维中空编织管和
PVDF
聚合物铸膜液亲水改性而成；所述
Janus
粒子的一侧为
TiO2‑
PVDF
，另一侧为改性环氧树脂；所述
TiO2‑
PVDF
由第一纺丝液制备，所述第一纺丝液包括
TiO2纳米颗粒和
PVDF
；所述改性环氧树脂由第二纺丝液制备，所述第二纺丝液包括环氧树脂
、
含环氧基的硅烷偶联剂和胺类固化剂
。2.
如权利要求1所述的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述
PVDF
聚合物铸膜液包括按重量份计的：
PVDF100
份
、
聚山梨酯
10
‑
15
份
、
二甲基乙酰胺
360
‑
400
份
、
聚维酮
K30 25
‑
30
份
、
氯乙烯5‑
10
份
。3.
如权利要求1所述的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述第一纺丝液和所述第二纺丝液中还包括有机溶剂，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺和丙酮的混合液，二甲基乙酰胺和丙酮按体积比为
2.8
‑
3.2:1
混合
。4.
如权利要求1所述的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述第一纺丝液中
TiO2纳米颗粒为锐钛型纳米
TiO2，粒径为1‑
30nm
，其在第一纺丝液中的质量分数为
0.1
‑
2wt
％；所述第一纺丝液中
PVDF
的分子量为1×
105g/mol
，其质量浓度为
10
％
。5.
如权利要求1所述的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述第二纺丝液中环氧树脂
、
含环氧基的硅烷偶联剂和胺类固化剂按质量比8‑
10:2.4
‑
2.6:1
混合；所述环氧树脂和胺类固化剂的总质量浓度为
40
％；所述含环氧基的硅烷偶联剂为
KH560、KH561、KH530、KH531
和3‑
[(2,3)
‑
环氧丙氧
]
丙基甲基二甲氧基硅烷的至少一种；所述胺类固化剂为三乙烯四胺
、
乙二胺
、
二乙烯三胺和己二胺中的至少一种
。6.
如权利要求2所述的
Janus PVDF
中空纤维超滤膜，其特征在于，所述
PVDF

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文卿，柯俊沐，卓倩，林代峰，胡军，李薇，
申请(专利权)人：福建技术师范学院，
类型：发明
国别省市：