[发明专利]一种温敏型超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子功能膜技术领域，尤其涉及一种温敏型超滤膜及其制备方法。

背景技术

膜技术由于具有能耗低、分离效率高、出水水质好、操作维护方便等特点，成为取代传统水处理工艺的一项很有吸引力和竞争力的新技术。近十多年来，不仅在纯水制备、饮用水深度净化以及食品、发酵等行业中已得到广泛应用，而且在工业污水以及生活污水的资源化回收利用等领域得到大力发展。

目前，制约膜技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍就是膜污染问题。在脱除污染物时，污染物易在超滤膜表面和膜孔内吸附，使膜通量随运行时间的延长而下降，导致分离性能下降，降低了膜的使用寿命，增加了操作费用，制约了其在水处理领域的应用。因此对疏水膜进行亲水改性可以提高膜的抗污染性能，可有效改善膜污染问题。

近年来，两亲性聚合物被应用于疏水性膜材料的亲水共混改性。两亲性聚合物分子中同时含有疏水链和亲水链，疏水链可使其与膜本体材料具有良好的相溶性，因而使其不易流失，而亲水链则可提高膜的亲水性和抗污染性能。这是解决膜的持久亲水性、改善膜的抗污染性能的有效途径。通过设计两亲性聚合物结构来赋予超滤膜特殊的智能。但环境响应性的研究很少，而超滤膜的智能化分离具有巨大的潜在应用价值，这种智能材料是今后的发展趋势之一。环境响应性是指对外部环境的物理化学刺激具有感应性的材料，随环境刺激而与环境间发生物质、能量、信息的交换或变换，使其分子结构和物理性能发生变化。由于温度变化不仅自然存在的情况很多，而且很容易靠人工实现，所以温度感应型高分子材料应用起来十分方便。目前，工业中应用主要存在的两种MBR工艺构型为分置式膜生物反应器（sMBR）与浸没式膜生物反应器（iMBR）。两者相比，sMBR能耗高些，但同时具有很多优势，如膜污染程度随错流速率增加呈线性下降，易于清洗、更换，易解决水垢及凝胶层沉积，改善氧的传递和混合等。在sMBR中，由于生物过程的放热性以及曝气鼓风机和泵产生的能量，采用较小曝气池时可使温度提高到30-35℃，这会增强生物活性并降低出水粘度，从而提高工艺的运行效率。改性膜的临界温度约在31℃，因而在这个临界温度附近改变温度在分置式膜生物反应器（sMBR）可以通过工艺参数调节来实现膜的温变效应。此外，对于浸没式膜生物反应器（iMBR），也可考虑在膜的反冲洗工艺中尝试用临界温度附近的水（或空气）来实现膜的温变效应，或在南方、夏季水温较高的环境下发挥其功能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种温敏型超滤膜，通过引入温敏型“双亲水性聚合物”与聚偏氟乙烯共混改性使得膜具有持久亲水性和抗污染性能，同时膜的通量大，具有温变效应，能对环境温度变化产生响应。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种温敏型超滤膜的制备方法，制备工艺简单，制得的超滤膜通量大、具有持久亲水性和抗污染性能，同时具有温变效应，能对环境温度变化产生响应。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种温敏型超滤膜，其特征在于该温敏型超滤膜的主要组分包括重量百分比为85%-90%的聚偏氟乙烯膜材料和重量百分比为10%-15%的温敏型双亲水性聚合物。

作为优选，所述温敏型双亲水性聚合物是通过N-异丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯在引发剂的作用下反应得到的。

最后，所述温敏型超滤膜的类型为平板膜、卷式膜或者中空纤维膜。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种温敏型超滤膜的制备方法，其特征在于步骤为：

1）合成温敏型双亲水性聚合物：将N-异丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯按质量比0.5：1~3：1溶于叔丁醇后加入到250mL三颈烧瓶，加入适量引发剂，于氮气保护下在50~88℃反应5~24h，然后分离提纯即得到温敏型双亲水性聚合物；

2）配置铸膜液：将聚偏氟乙烯膜材料与温敏型双亲水性聚合物按质量百分比85%~90%：10%-15%混合均匀，然后将此两者的混合物、致孔剂及铸膜液用溶剂按照10%~22%：3%~20%：58%~87%的质量百分比配制，先将混合物和铸膜液用溶剂在30~80℃加热搅拌溶解，待溶解均匀后加入致孔剂搅拌混合得到铸膜液，然后静置脱泡；

3）成膜：将制得的铸膜液在20℃~80℃下使用平板刮膜机刮膜后在湿度为50%~60%的空气中停留2~10s后，浸入凝胶介质凝固浴中，成形后在凝胶介质中浸泡8h以上，即获得平板膜或者卷式膜；