[发明专利]一种具有持久超疏水改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对聚丙烯中空纤维膜材料进行超疏水改性的方法，具体涉及一种具有持久超疏水改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

全球过量的二氧化碳排放是造成温室效应加剧的主要原因之一。目前我国二氧化碳的排放总量已超过美国，居世界第一位；在这其中，火力发电站排放的二氧化碳占我国二氧化碳排放总量的40% 以上。采用乙醇胺溶液捕集与吸收液循环再生技术是实现二氧化碳捕集进之有效的方法之一。该技术主要过程为：以乙醇胺溶液为吸收液，对烟道气中的二氧化碳进行吸收分离，再将富集了二氧化碳的乙醇胺溶液在高温高真空度的条件下进行处理，实现乙醇胺吸收溶液的循环再生。在整个二氧化碳捕集流程中，乙醇胺溶液的再生至关重要，如果不能有效地将乙醇胺溶液中的二氧化碳提取出来，该溶液就不能循环利用，二氧化碳也就不能得到有效收集。通过高温高真空度可以实现乙醇胺吸收液的再生，但该过程能耗大，会给发电站带来沉重的经济负担。即便是目前比较先进的可以将煤炭燃料通过与水的反应转化为氢气燃料的IGCC技术，也会给火力发电站带来巨大的经济负担。

采用基于聚合物分离膜接触器技术对二氧化碳吸收乙醇胺溶液进行再生被认为是最有前景的二氧化碳捕集方法之一。将富集了二氧化碳的乙醇胺溶液通入膜接触器，实现二氧化碳的捕集与乙醇胺溶液的再生。采用聚合物分离膜将二氧化碳从乙醇胺溶液中高效分离，可以有效降低二氧化碳的捕集成本并节约能源。聚合物分离膜接触器对富含二氧化碳的乙醇胺溶液再过程中，由于膜材料的表面不可避免地会被逐渐润湿，膜孔被乙醇胺溶液堵塞进而逐渐丧失二氧化碳脱除功能。因此，聚合物分离膜接触器捕集分离二氧化碳的关键技术为超疏水性膜材料的制备。由于现有的聚合物膜材料易被润湿，使用时间短、回收效率低。因此， 有必要对现有聚合物膜材料进行表面超水改性，赋予其优异的超疏水性能、高耐水压、持久性难被水浸润，高透气性能，提高分离膜的工作效率。

聚丙烯是一类价格低廉、具有优良的化学稳定性和热稳定性的聚合物材料，由其制备的聚丙烯中空纤维膜已被广泛应用于工业、农业、医药、环保等领域，对于节约能源、提高效率、净化环境等做出了重要贡献。虽然聚丙烯中空纤维膜表面具有一定的疏水性能，但与水溶液长期接触后，聚丙烯膜材料的表面仍不可避免地会被逐渐润湿，膜孔被溶液堵塞。采用一些具有优异疏水性能的改性剂对聚丙烯中空纤维膜表面进行改性，利用引入超疏水功能基团提高聚丙烯膜表面疏水性能，有望将聚丙烯中空纤维膜应用于膜法接触器二氧化碳捕集，进一步拓展聚丙烯膜材料的应用领域。

发明内容

本发明主要是克服聚丙烯膜用于膜接触器对富含二氧化碳的乙醇胺溶液再过程中，由于膜材料的表面不可避免地会被逐渐润湿，膜孔被乙醇胺溶液堵塞进而逐渐丧失二氧化碳脱除功能这一技术缺陷，提供一种对聚丙烯中空纤维膜进行超疏水改性方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有持久超疏水改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）、将含不饱和双键的氟酯和含长烷基链的丙烯酸酯、二硫醇和光引发剂溶于乙醇溶液中，制备改性溶液；

（2）、将聚丙烯膜材料置于介质阻挡放电的两放电电极之间，通入惰性气体，进行常压介质阻挡放电等离子体处理； 

（3）、将步骤（2）所述处理后的聚丙烯膜材料浸泡在步骤（1）所述改性溶液中，同时进行紫外光辐照1~40分钟，最后利用去离子水清洗并在室温下晾干，即制得氟酯和含长烷基链的丙烯酸酯表面接枝聚合和表面交联改性的超疏水改性聚丙烯膜材料。

上述步骤（1）中的含不饱和双键的氟酯可以为丙烯酸(N-甲基全氟磺酰胺基)乙酯C_nF_2n+1SO₂N(CH₃)CH₂CH₂OCOCH=CH₂，其中，n=6, 8, 10和12；全氟烷基乙基丙烯酸酯C_mF_2m+1CH₂CH₂OCOCH=CH₂，其中，m=6, 8, 10和12。

上述步骤（1）中含长烷基链的丙烯酸酯可以为十二烷基丙烯酸酯、十四烷基丙烯酸酯、十六烷基丙烯酸酯或十八烷基丙烯酸酯。

上述步骤（1）中的二硫醇为乙二硫醇、1,4-丁二硫醇或1,6-己二硫醇。

上述步骤（1）中的光引发剂为二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、安息香二甲醚、二苯甲酮、噻吨酮、樟脑醌。