[发明专利]一种聚偏氟乙烯/钯纳米粒子杂化中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚偏氟乙烯/钯纳米粒子杂化膜及其制备方法，具体为一种聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物与聚偏氟乙烯(PVDF)共混得到聚偏氟乙烯杂化中空纤维膜及其制备方法，属于聚合物科学与技术领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)耐老化和抗紫外线性能优异，并且化学稳定性良好，室温下不受酸、碱等强氧化剂和卤素腐蚀，同时还具有优良的热稳定性和机械强度，是一种综合性能良好的分离膜材料。PVDF制成中空纤维膜，具有高的膜比表面积和装填密度，已经广泛的应用于化工，生化，电子，食品，纺织等工业领域。尽管如此，纯PVDF中空纤维膜的应用主要还集中在分离方面，其它方面的应用还需要进一步拓展。

钯纳米粒子具有和尺寸相关的独特的稳定性、小尺寸效应、量子效应、表面效应及生物亲和性等。其作为一种较好的经典纳米材料是光学、电子、催化和生物医药等方面的研究热点(Daniel MC，Astruc D，Chem.Rev.；2004，104，293)。钯纳米粒子具有大量的表面原子，具有很高的催化活性。但高催化活性的钯纳米粒子必须分散在好的支撑物上面，以防止这些纳米粒子的堆积而引起催化活性的下降。

中空纤维膜具有高的比表面积，最大比表面积可达30,000m²/m³，具有很高的钯属纳米粒子负载能力。因此，将钯纳米粒子负载到PVDF中空纤维膜上，既可使PVDF中空纤维膜保留分离特性，又可以赋予其高的催化特性，使其在催化领域得到进一步的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种集分离功能和催化功能于一体的杂化膜，本发明的另一个目的是提供所述膜的制备方法。本发明涉及一种PVDF/钯纳米粒子杂化中空纤维杂化膜，其特征在于该膜是由聚偏氟乙烯与聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物按照质量比99∶1-60∶40组成；该膜内径为0.1-2.5mm，壁厚0.1-0.5mm，平均孔径30-300nm，在0.05MPa20℃条件下纯水通量为50-1000L/m²h。

在该膜中，由于亲水性聚合物凝胶位于膜孔表面，PVDF膜的亲水性和抗污染性能有较大提高。另外，钯纳米粒子负载在膜孔的凝胶上，膜具有好的催化性能。因此，本发明的突出优点是将亲氺性聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物固定在膜孔内，从而使钯纳米粒子的催化功能，膜分离材料的过滤功能完美地结合在一起，是一种新型的功能膜。本发明的另一个优点是制膜方法简单，便于大规模生产。

技术方案

本发明解决所述产品技术问题的技术方案是：设计一种PVDF中空纤维杂化膜，该膜是由聚偏氟乙烯(PVDF)和高分子聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物物理共混所得，包括如下步骤：

a)PVDF溶液的制备：将PVDF溶解在溶剂中制得15-25Wt％聚偏氟乙烯溶液；

b)聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物分散液的制备：将聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物分散在溶剂中，制得15-25Wt％聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物分散液；

C)制孔剂溶液的制备：将制孔剂溶解到溶剂中，制得15-25Wt％制孔剂溶液；

d)制备纺丝液：将步骤(a)得到的聚偏氟乙烯溶液，步骤(b)得到的聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物分散液以及步骤(c)得到的制孔剂溶液按质量比99～60∶1～40∶0～20混合，溶解，脱气，得到纺丝液；

e)芯液制备：使用非溶剂或非溶剂与溶剂混合物制备芯液，其中非溶剂与溶剂的的质量比为100∶0到90∶10；

f)凝固浴制备：使用非溶剂或非溶剂与溶剂混合物制备凝固浴，其中非溶剂与溶剂的的质量比为100∶0到90∶10；

g)杂化膜制备：采用干-湿纺丝方法，在干纺程0.5-25cm，所述纺丝液的温度50-70℃，所述芯液和凝固浴温度10-30℃条件下，使用上述步骤(e)制备的芯液和上述步骤(f)制备的凝固浴，将上述步骤(d)得到的纺丝液纺制得到所述的中空纤维杂化膜。

所述的聚合物凝胶/钯纳米粒子杂化物是采用如下方法制备的：

a)聚合物凝胶的制备：将聚合物单体(甲基)丙烯酸或4-乙烯基吡啶50g，交联剂MBAA0.5g和引发剂KPS 0.5g溶解在1000mL水，在75℃、氮气保护条件下进行自由基聚合，得到聚(甲基)丙烯酸或聚4-乙烯基吡啶凝胶；