[发明专利]仿肠结构多孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备仿肠结构多孔膜的方法。特别涉及一种新的制备膜的方法，即在膜表面生长出大量微纳米结构的绒毛，该膜可作为微滤膜或超滤膜应用于工业分离，水处理或者医疗的微滤、超滤以及膜蒸馏过程，也可用于电池的隔膜。

背景技术

膜过滤技术具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节能等优点，作为一种单元操作日益受到重视，已在海水淡化、电子工业、食品工业、医药工业、环境保护和生物工程等领域得到广泛应用。然而，目前使用的大多数膜的材料是聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜和聚氯乙烯等。这些膜材料的特点是强度高，生物和化学稳定性好，但亲水性能较差，致使膜的抗污染性能差以及通量不易提高。

另一类新型膜技术——膜蒸馏，一般以非挥发性水溶液为蒸馏对象。当疏水的微孔高分子膜将不同温度的水溶液分隔开时，由于表面张力的作用，膜两侧的水溶液都不能通过膜孔进入另一侧，但是暖侧的水蒸气在膜两侧水蒸气压力差的作用下，会通过膜孔从暖侧进入冷侧，然后在冷侧冷凝下来。作为膜蒸馏用膜材料，必须是疏水微孔膜，以保证水不会渗入膜孔内具有较高的通量。现如今的广泛使用的材料有聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯和聚丙烯。膜蒸馏也存在膜污染问题，而且膜污染会伴随膜的润湿，导致膜的分离效率降低，通量下降。目前，疏水性能最好的聚四氟乙烯膜的接触角仅为114～115°，远没有达到超疏水性。

为了改善膜的分离效果和提高膜抗污染能力，通常需要对膜材料进行改性，改变膜材料表面的物理化学性质，赋予膜更多功能，提高膜通量，改变膜的润湿性，增强膜的抗污染性。目前对膜材料的改性方法有物理改性，化学改性。

常用的物理改性，有表面涂覆改性，表面吸附改性和共混改性。涂覆和表面吸附就是在膜的表面涂覆上具有一定功能基团的功能高分子，表面活性剂或吸附一些亲水小分子。表面涂覆和吸附可在一定时间内提高和改善膜的通量，随着时间延长，表面活性剂、功能高分子或小分子逐渐脱附，通量下降，最终完全丧失改性效果。共混改性是将亲水性高分子或双亲性高分子与膜原料共混成膜，是目前广泛应用的改性技术。由于亲水性高分子和双亲性高分子与膜材料的界面不相容性，随着时间的延长，亲水性高分子和双亲性高分子会在膜内部迁移到界面处，随后逐渐消失。

常用的化学改性，有直接化学改性和接枝改性。直接化学改性是通过氧化或者还原反应在膜表面形成亲水或疏水基团如磺酸基、羟基、羧基或形成碳氟化合物等。接枝改性是通过把亲水性或疏水性单体如丙烯酸，丙烯酰胺，苯乙烯等接枝到膜表面，使其表面呈现亲水性或疏水性。这些技术存在表面改性不均匀，反应条件较苛刻，单体利用率低。强烈的化学作用，在一定程度损害基体的机械强度。此外，由于这些接枝分子链的柔软性，覆盖在膜表面，膜的孔隙度下降了，孔径降低了，对膜的分离效果不利。

目前，现有的表面改性技术都不能使多孔膜界面达到超亲水状态，或超疏水状态。界面的润湿性能不仅与膜表面的化学组成有关，还与膜表面的微观结构有关。

发明内容

本发明提出了一种仿肠结构多孔膜的制备方法，特别是提出了一种新的多孔膜制备技术，即在膜界面处生长出微纳米的绒毛。基于这些绒毛，导致膜界面的比表面积迅速增加，界面的润湿性能也能大幅度改变。另外，可以通过传统的化学改性或物理改性，就能使界面在超疏水和超亲水状态转变。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备仿肠结构多孔膜的方法。特别涉及一种新的制备膜方法，即在膜表面生长出大量微纳米结构的绒毛。绒毛长度可在0～200微米可调，直径在0～500nm可调。

一种仿肠结构多孔膜的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)将聚合物膜原料与溶剂或和溶剂，添加剂混合，聚合物的质量分数一般在5wt％～60wt％，添加剂占总溶剂质量分数一般在0％～20％；

2)将上述混合物在完全溶解或者熔融状态下，浇注在纳米有序多孔氧化铝模板，使聚合物溶液或熔融物渗透于模板之内。

3)将上述浇注有聚合物溶液的模板浸入凝胶浴或直接淬冷，使制膜液发生相分离，使膜结构固定。

4)通过醇类、丙酮或正己烷萃取溶剂，经干燥，得到绒毛结构形态的多孔膜。

5)可以通过物理剥离或用酸碱将模板溶解，将上述绒毛结构形态多孔膜从模板上分离。

6)将上述绒毛结构形态的多孔膜，通过化学改性或物理改性可使其在超疏水与超亲水转变。