[发明专利]一种亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分离膜改性技术领域，特别是涉及一种亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械强度，是一种综合性能良好的分离膜材料。目前聚偏氟乙烯亲水超滤膜已成功地应用于化工、纺织、食品、生化等工业领域。但是由于聚偏氟乙烯材料本身疏水性能的限制，使其在膜分离的应用中仍然存在膜亲水渗透下降，抗污染能力差等问题。因此对聚偏氟乙烯膜进行亲水改性已成为本领域技术人员研究的主要方向。其中，共混改性方法操作简便，无需预处理，成本低且改性彻底，因此已成为亲水膜改性的主要方向。

目前，用于聚偏氟乙烯分离膜改性的无机材料主要有三维的纳米Al₂O₃、纳米SiO₂、一维的碳纳米管与二维的石墨烯等。由于三维的无机粒子不能引进能有效增强聚偏氟乙烯亲水性的含氧官能团，且其低比表面积使得其与聚偏氟乙烯的界面结合性也比较差，因而人们把富含含氧官能团和具有高比表面积的低维碳纳米材料引入聚偏氟乙烯中，以有效增强其亲水性。然而，由于碳纳米管的高长径比和石墨烯片间的π-π相互作用，单独加入氧化碳纳米管或氧化石墨烯都会使氧化碳纳米管或氧化石墨烯在溶液及聚合物中极易团聚，从而不能充分发挥改性材料在膜改性中的作用，因此，寻求一种能够抑制低维碳纳米材料在溶液及聚合物中团聚，并充分发挥其自身优势的方法就显得十分重要。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种制膜工艺简单，容易实现的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜由以重量份计的下列原料制成：

其中氧化碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1∶9～9∶1；聚偏氟乙烯溶剂选自N-N二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种；致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和高氯酸钠中的一种。

所述的改性分离膜为微滤膜、超滤膜、反渗透膜或纳滤膜。

本发明提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将按照上述重量称取的氧化碳纳米管和氧化石墨烯加入到聚偏氟乙烯溶剂中，然后超声处理直至氧化碳纳米管和氧化石墨烯在聚偏氟乙烯溶剂中分散均匀；

2)然后在上述混合液中加入聚偏氟乙烯和致孔剂，之后在40～60℃的水浴中加热搅拌5～24小时以得到氧化碳纳米管和氧化石墨烯分散均匀的铸膜液；

3)将上述铸膜液在20～30℃的温度下静止放置1～3天脱泡，然后于15～30℃的温度下在玻璃板上进行刮膜，待刮膜后的铸膜液在空气中挥发10～100秒后慢慢地将其放入去离子水凝固液中凝固成膜，反复换水以脱出聚偏氟乙烯溶剂和致孔剂；

4)最后将上述膜从凝固液中取出即可制得亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜。

本发明提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜一方面通过氧化碳纳米管与氧化石墨烯中的含氧官能团来增强分离膜的亲水性，另一方面片状结构的氧化石墨烯能够进入管状结构的氧化碳纳米管网络中而相互插层，形成较稳定的夹心分层结构，因此可以有效地抑制相同纳米结构体之间的团聚，且有利于氧化石墨烯向复合膜表面的迁移和组装，并显著提高了复合膜中氧化碳纳米管与氧化石墨烯与高分子基体的接触面积，从而增强了膜的亲水性和抗污染能力，使得膜的出水通量得到大幅度的提高。另外，低维碳纳米材料的加入对聚偏氟乙烯原来的优良特性没有影响，还增加了膜的空间联系，提高了膜的强度，延长了膜的寿命。该膜的亲水性及渗透性能明显高于单一碳纳米管或石墨烯改性的聚偏氟乙烯过滤膜。此外，本制备方法操作工艺简单，容易实现。

附图说明

图1为聚偏氟乙烯膜对水的接触角图。

图2为本发明实施例1提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜对水的接触角图。

图3为本发明实施例2提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜对水的接触角图。

图4为本发明实施例3提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜对水的接触角图。

图5为本发明实施例4提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜对水的接触角图。

图6为本发明实施例5提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜对水的接触角图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法进行详细说明。

实施例1：