[发明专利]一种有机-无机杂化分离膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机-无机杂化分离膜的制备方法。

背景技术

随着我国经济和社会的不断发展，淡水资源供需矛盾日益突出，废水排放对环境造成的污染日益严重，水问题已经成为影响国计民生的问题。作为一项高新技术，膜分离由于其能耗低、分离效率高、设备简单和无二次污染等特点和优点，近年来已开始被应用于海水淡化、废水处理以及环境保护等领域，并取得很好的经济和社会效益。在我国的发展战略里，政府也把采用膜技术进行水处理和水的回用列为解决水资源问题的重要途径之一。随着膜技术的扩大应用，对分离膜的性能也提出了更高的要求。

目前，膜污染是限制水处理用分离膜实际应用的主要问题之一。膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜发生物理化学相互作用或因浓差极化而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积或阻塞而造成膜渗透通量与分离性能不可逆变化的现象。污染造成的通量衰减和分离特性的改变会造成清洗次数和生产操作成本的增加，并缩短膜的使用寿命，严重影响膜过程的实用性。因此，研究和开发耐污染的分离膜得到人们广泛关注。

研究已证明，在分离膜中引入无机纳米粒子是增强膜亲水性、提高耐污染性能的有效途径。有机/无机杂化膜结合了传统有机膜与无机膜的优良性能，是近年来膜领域的研究热点。有机-无机杂化也成为研制耐污染分离膜简单、有效的途径之一。不过，由于无机纳米粒子与有机聚合物之间存在性质差异，在有机-无机杂化膜制备过程中常常出现因纳米粒子团聚而导致分散性不佳的问题。很多学者发现当添加的纳米粒子含量达到一定程度时就会产生严重的团聚现象，影响了制膜的重复性和分离膜的性能。目前通常使用简单的超声方法来分散纳米粒子，但无法从根本上解决这一问题。

本发明对有机-无机杂化膜制备方法提出了改进，通过无机纳米粒子的表面修饰来解决其团聚问题、改善其分散性，这将从根本上提高有机-无机杂化分离膜的制备重复性和耐污染性能。本发明工艺简单、操作方便，制备的有机-无机杂化分离膜拥有更佳的耐污染能力，具有很好的应用前景。

发明内容

发明拟解决的问题

现阶段制备有机-无机杂化膜的方法主要是通过在有机聚合物铸膜液中直接添加无机粒子，但由于无机粒子的表面能高、与聚合物膜材料亲和性差，容易出现团聚结块、分散不均、制膜重复性差等问题。本发明的目的是提供一种有机-无机杂化分离膜的制备方法，通过无机纳米粒子的表面修饰抑制其团聚现象、改善在铸膜液中的分散性、提高制膜重复性和分离膜的抗污染性能。

用于解决课题的方法

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：首先将无机纳米粒子进行表面修饰，降低其表面能，增强与聚合物膜材料间的相容性；然后将表面改性的无机纳米粒子、聚合物膜材料、添加剂及溶剂混合得到铸膜液；最后通过相转化方法制备平板或中空纤维有机-无机杂化分离膜。

所述的无机纳米粒子为二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、三氧化二铝等，其粒径为5-500nm；

所述的表面修饰指通过物理吸附或化学反应在纳米粒子表面形成或接枝有机官能团或分子链，以达到降低其表面能、增强与聚合物膜材料间相容性的目的；

所述的无机纳米粒子表面修饰方法可包括表面活性剂吸附、偶联剂处理、酯化反应、表面接枝、聚合物包覆等，具体可采用相关现有公知技术；（参考文献：[1]薛茹君、吴玉程，无机纳米材料的表面修饰改性与物性研究，合肥工业大学出版社，2009年；[2]刘吉平、郝向阳，聚合物基纳米改性材料，科学出版社，2009年）

所述的聚合物膜材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等中的一种或几种；

所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇单甲醚、甘油、氯化锂、吐温-80、十二烷基硫酸钠、水等中的一种或几种；

所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、氯仿、三磷酸乙酯等中的一种或几种；

所述的铸膜液中各物质的质量百分含量分别为：表面修饰后的无机纳米粒子0.15-10%、有机聚合物12-28%、添加剂0-20%，其余为溶剂含量。

现阶段制备有机-无机杂化膜的方法主要是通过在有机聚合物铸膜液中直接添加无机粒子，但由于无机粒子的表面能高、与聚合物膜材料亲和性差，容易出现团聚结块、分散不均、制膜重复性差等问题。与现有技术相比，本发明显著抑制了无机纳米粒子的团聚现象，改善了其在铸膜液中的分散性，制膜重复性更佳。制备的有机-无机杂化分离膜具有更好的分离特性、机械强度和抗污染性能。

具体实施方式