【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分离膜的制备，具体涉及一种表面粗糙的多孔亲水分离膜及其制备方法。
技术介绍
1、随着我国工业化、城镇化的高速发展，人们对各种资源的需求急剧增加，水资源作为人类不可或缺的自然资源及生物赖以生存的环境资源正日益受到威胁，实现水资源的可再生已成为各国政府和相关环保机构工作中的重点和热点。
2、相较于传统的化工分离方法如筛分、蒸馏、蒸发、萃取及离心分离等，膜分离技术作为一项高效节能的新型分离技术，兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，已成为当今水资源可再生的最重要手段之一。膜分离技术关键部件即分离膜，按照分离尺寸分类，分离膜有微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等，其中微滤膜、超滤膜是典型的有孔膜，也是目前水处理领域中应用最多的分离膜类型。根据膜材料的亲疏水性可以将超滤膜分为亲水超滤膜和疏水超滤膜，其中，强亲水性的分离膜有利于水渗透通量的提高以及膜污染的减弱，这也是目前亲水性分离膜技术的发展重点之一。
3、中国专利文献cn202011164302.4通过在聚偏氟乙烯基膜上复合聚多巴胺/氧化石墨烯复合层，将亲水性好、抗污染性能高的氧化石墨烯大面积高密度均匀排列在分离膜表面，对现有分离膜进行改性，通过多巴胺的聚合，将氧化石墨烯直接与亲水性多巴胺共同固定在pvdf膜表面，由于多巴胺含有大量氨基等亲水性基团，能够防止氧化石墨烯颗粒团聚、增加膜亲水性，且与膜材料具有强的粘附性，解决了氧化石墨烯在使用过程中易脱落的问题。该专利涉及的亲水性复合膜为采用浸涂热定型的方法得到，且是一种针对聚偏氟乙烯膜亲水化的方法，制备方法较
4、中国专利文献cn201710396109.5制备了一种高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜，通过对纯聚醚砜膜物理共混亲水化改性和化学接枝亲水化改性两个步骤，引入亲水性嵌段聚合物制备高效亲水化改性抗污染聚醚砜膜，在油水分离领域有广泛的应用前景。该专利涉及一种共混改性和化学接枝亲水化改性的制膜方法，制备方法较为繁杂，且针对的是聚醚砜膜的亲水化改性。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种表面粗糙的多孔亲水分离膜及其制备方法，以解决上述问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，本专利技术提供了一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，该方法包括至少以下步骤：
3、s1：铸膜液的配制，将成孔剂与溶剂混合后，搅拌加入亲水性高聚物，并在一定温度下搅拌溶解，形成透明粘稠溶液，真空脱泡6-48h即得铸膜液；
4、s2：蒸发相分离成膜，将步骤s1中制得的铸膜液加热至30-60℃，均匀刮涂在玻璃板上，形成液态薄膜，液态薄膜表面浸没一层表面具有凸起结构的不锈钢网格，并将浸没不锈钢网格后的液态薄膜置于恒温恒湿环境下静置3-36h，接着，将不锈钢网格取下，并继续将取下不锈钢网格后的液态薄膜置于所述的恒温恒湿环境下3-36h后取出，得到具有凹凸面表面结构的分离膜；
5、s3：制备喷涂液，将成孔剂与溶剂混合后，搅拌加入亲水性高聚物，并在一定温度下搅拌溶解，形成透明粘稠溶液，真空脱泡即得喷涂液；
6、s4：静电喷涂制备粗糙表面，以步骤s2所制得的具有凹凸面表面结构的分离膜作为接收基材，在基材表面静电喷涂喷涂液后，将基材浸没至凝固浴中6-12h凝固成膜，并经酸洗后在纯水冲洗下得到表面粗糙的多孔亲水分离膜。
7、优选地，铸膜液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为6-25份，成孔剂2-12份，溶剂63-92份；喷涂液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为4-20份，成孔剂1-12份，溶剂70-95份。
8、优选地，铸膜液和喷涂液制备中所述的亲水性高聚物为聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯及其共聚物、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯中的至少一种。
9、优选地，铸膜液和喷涂液制备中所述的成孔剂按照重量份数计包括以下组分：1-10份高聚物、0.1-1份无机物和0.1-1份纳米固态气体生成剂，其中高聚物选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种；无机物选自氯化锂、氯化锌、丙酮、有机框架金属化合物、纯水中的至少一种；纳米固态气体生成剂为碳酸钙、碳酸钡、纳米铜粉或纳米锌粉的至少一种。
10、优选地，铸膜液与喷涂液制备中所述的溶剂选自n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、苯、甲苯中的至少一种；
11、步骤s4中静电喷涂的直流电压为10-30kv，接受距离为5-25cm，喷涂液的基础速率为1-5ml/h。
12、优选地，步骤s4中所述的凝固浴为纯水或者混合溶液，混合溶液包括纯水和所述的溶剂，所述溶剂的质量比例为5-45wt％。
13、优选地，所述的不锈钢网格的网孔直径为3-10μm；步骤s2中所述的恒温恒湿环境为温度30-80℃，相对湿度为50-100％。
14、优选地，步骤s4中所述的酸洗为采用浓度为0.1-1mol/l的稀盐酸或稀硝酸进行浸泡，浸泡时间为4-12h。
15、优选地，所述的不锈钢网格为金属材料编织而成，不锈钢网格的网孔直径为3-10μm。
16、第二方面，本专利技术提供了一种表面粗糙的多孔亲水分离膜，该分离膜采用上述的制备方法制得，该分离膜作为超滤膜、微滤膜应用在水处理中。
17、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
18、(1)本专利技术所制备的分离膜表面为特殊的阶梯形式粗糙结构，即毫米级别的网格所造成的分离膜表面形成的毫米级别的凹凸结构、静电喷涂所形成的微米级别的凸起结构、以及酸洗过程中所形成的凸起结构中纳米级别的孔隙，这些粗糙结构之间的相互配合使得该分离膜呈现超亲水特性，膜表面接触角小于30°；
19、(2)本专利技术所制备的分离膜将多孔膜的制备工艺与膜表面粗糙化的过程同时进行，避免了常规过程中将多孔膜制备后再次进行化学或者物理亲水化改性的繁杂操作，简化了制膜工艺，易操作；
20、(3)可根据需要调节优化不锈钢网格的网孔直径、凹凸点位，并通过对静电喷涂工艺的调节实现其所形成的微米级别凸起结构的调节，对酸洗工艺等的调节则可实现凸起结构中纳米级别孔隙大小的调节，从而使得分离膜表面的各个结构均可得以调节，进而使得分离膜的亲水化程度可控；
21、(4)分离膜表面的粗糙结构由凹陷下去的网格以及凸出的多孔微米粒子构成，该结构的结合牢固，从而使得分离膜结构稳定、使用寿命长，其可作为超滤膜、微滤膜应用在水处理中。
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1.一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：该方法包括至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为6-25份，成孔剂2-12份，溶剂63-92份；喷涂液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为4-20份，成孔剂1-12份，溶剂70-95份。
3.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液和喷涂液制备中所述的亲水性高聚物为聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯及其共聚物、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液和喷涂液制备中所述的成孔剂按照重量份数计包括以下组分：1-10份高聚物、0.1-1份无机物和0.1-1份纳米固态气体生成剂，其中高聚物选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种；无机物选自氯化锂、氯化锌、丙酮、有机框架金属化合物、纯水中的至少一种；纳米固态气体生成剂为碳酸钙、碳酸钡、纳米铜
5.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液与喷涂液制备中所述的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯、甲苯中的至少一种；
6.根据权利要求5所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述的凝固浴为纯水或者混合溶液，混合溶液包括纯水和所述的溶剂，所述溶剂的质量比例为5-45wt%。
7.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：所述的不锈钢网格的网孔直径为3-10μm；步骤S2中所述的恒温恒湿环境为温度30-80℃，相对湿度为50-100%。
8.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述的酸洗为采用浓度为0.1-1 mol/L的稀盐酸或稀硝酸进行浸泡，浸泡时间为4-12h。
9.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：所述的不锈钢网格为金属材料编织而成，不锈钢网格的网孔直径为3-10 μm。
10.一种表面粗糙的多孔亲水分离膜，其特征在于：该分离膜采用权利要求1-9任一所述的制备方法制得，该分离膜作为超滤膜、微滤膜应用在水处理中。
...【技术特征摘要】
1.一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：该方法包括至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为6-25份，成孔剂2-12份，溶剂63-92份；喷涂液中各组分的质量份数为：亲水性高聚物为4-20份，成孔剂1-12份，溶剂70-95份。
3.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液和喷涂液制备中所述的亲水性高聚物为聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯及其共聚物、聚偏氟乙烯及其共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的制备方法，其特征在于：铸膜液和喷涂液制备中所述的成孔剂按照重量份数计包括以下组分：1-10份高聚物、0.1-1份无机物和0.1-1份纳米固态气体生成剂，其中高聚物选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的至少一种；无机物选自氯化锂、氯化锌、丙酮、有机框架金属化合物、纯水中的至少一种；纳米固态气体生成剂为碳酸钙、碳酸钡、纳米铜、纳米锌的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种表面粗糙的多孔亲水分离膜的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李红宾，李腾飞，李林茂，石文英，马思思，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：
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