[发明专利]具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及一种具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法。

背景技术

由于日益严重的环境污染，油水分离已成为全世界面临的难题，受到广泛的关注。传统的分离方法比如离心、絮凝、浮选等（A. Lobo, á. Cambiella, J. M. Benito, C. Pazos and J. Coca, Journal of Membrane Science, 2006, 278, 328-334）仅仅适用于分层的油水混合物，无法完全处理油水乳液，并存在工艺复杂、高能耗等缺点。超滤微滤作为高效的膜分离技术，能够以孔径筛分机理有效截留乳化油滴或乳化水滴，达到油水乳液分离的目的，并且分离工艺流程简单，具有节能、近零污染等优势。目前，按照表面润湿行为的不同，用于油水分离的微孔膜可分为疏水膜和亲水膜两类。疏水膜往往对油具有极好的亲和性，可用于分离油包水乳液的分离，却不适用于水包油乳液。这主要是由于在分离过程中，油滴很容易吸附在膜表面或堵塞膜孔，造成严重的污染，最终导致通量急剧衰减，分离效率下降，膜运行成本增加，膜寿命缩短（例如文献D. Wandera, S. R. Wickramasinghe and S. M. Husson, Journal of Membrane Science, 2011, 373, 178-188； W. Zhang, Z. Shi, F. Zhang, X. Liu, J. Jin and L. Jiang, Advanced Materials, 2013, 25, 2071-2076所报道）。尽管与疏水膜相比，传统的亲水膜在处理水包油乳液时具有较好的抗污能力（例如文献A. K. Kota, G. Kwon, W. Choi, J. M. Mabry and A. Tuteja, Nat Commun, 2012, 3, 1025所报道），但它不能用于油包水乳液分离，因为在压力的作用下，水相与油相均可通过亲水膜。此外，通常的微孔膜在处理乳液时，即使在大的压力下，也表现出较低的渗透通量，极大地限制了其在油水乳液分离方面的实际应用（例如文献B. Hu and K. Scott, Journal of Membrane Science, 2007, 294, 30-39；B. Chakrabarty, A. K. Ghoshal and M. K. Purkait, Journal of Membrane Science, 2008, 325, 427-437所报道）。目前，油水分离微孔膜的研究制备主要集中在提高膜亲水性或提高其疏油性。如CN101716471B保护了一种氟化醋酸纤维素膜及制备方法。它以铈盐为引发剂，采用水相自由基界面聚合方法将疏水疏油的甲基丙烯酸含氟酯（FMA，如甲基丙烯酸十二氟庚酯G04、甲基丙烯酸六氟丁酯G02等）以及亲水的甲基丙烯酸聚乙二醇酯（PEGMA），或者甲基丙烯酸（MMA）、磺胺（MPDSAH）依次接枝到醋酸纤维素上。然后以合成的氟化醋酸纤维素为膜材料，非溶剂引发相转化法制备非对称的抗污染、超低通量衰减油水分离膜。申请号为201210305280.8的专利公布了一种超疏水、超亲油高分子膜的制备方法，该方法主要是通过通常的湿法相转化工艺成膜，并加入小分子添加剂进行诱导，如NaOH，这实际上是对PVDF具有一定的刻蚀作用，造成表面粗糙，而由于没有采用衬底及内支撑，膜的机械性能尚有缺陷，并且该膜只具有超疏水、超亲油的单一特性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法，以提高在分离过程中膜的渗透通量、分离效率、抗污性能以及延长膜使用寿命。

本发明方法的具体步骤是：

步骤(1).将聚合物、添加剂溶解在溶剂中，在50～170℃下搅拌4～72小时，搅拌速度为100～1000转/分钟，得到均匀溶液；

所述的均匀溶液中聚合物的质量含量为6﹪～45﹪，添加剂的质量含量为0﹪～10﹪，溶剂的质量含量为45﹪～94﹪；

所述的聚合物为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PSf）、聚醚砜（PES）、聚丙烯腈（PAN）、聚氯乙烯（PVC）、聚乳酸（PLA）、聚酰亚胺（PI）、聚丙烯（PP）或醋酸纤维素；

所述的添加剂为聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、无机纳米粒子、聚氧乙烯（PEO）、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（F127）或聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）；