[发明专利]一种超疏水平板膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜制备及膜表面改性技术领域，具体说是一种超疏水平板膜的制备方法。

背景技术

膜过程作为一种新型的分离过程，在工业和日常生活中得到越来越多的应用。膜蒸馏、渗透汽化、膜吸收是几种常见的膜分离过程。这几个膜过程的共同点是待分离物质中的一种(多为水或易挥发的有机物)以气态的形式通过膜壁，与液态原料液实现分离。在以上膜过程中，膜的疏水性越强就越有利于气体的通过，有利于避免液态水对膜的亲润以及亲水性污染物对膜表面的污染，获得更高的分离效果。

现有的疏水聚烯烃平板膜材质疏水性均不强，膜表面接触角通常在105-135°之间，可以在气体分离、膜蒸馏、渗透汽化、膜吸收等过程中得到一定的应用。但是，如果膜的疏水性不足，当长时间使用，且操作条件频繁变化时，液态水会克服表面自由能进入膜孔内或者水蒸气在膜孔内出现凝结。此时膜的疏水性将被破坏，使分离膜失去阻隔原料液和透过液的能力，导致分离效果下降甚至丧失。

通过以上分析可知，具有超疏水性质(表面接触角大于150°)的膜表面极难被水亲润，在膜蒸馏、渗透汽化、膜吸收等过程中能够有效提高膜的通量，降低运行维护的难度。目前已有非常多超疏水表面制备技术的文献报道，主要包括化学刻蚀法、溶胶-凝胶法、模板法、分子自组装法、等离子体技术、电化学沉积法、简单喷涂法、电纺织法等等。这些方法中，化学刻蚀法、溶胶-凝胶法、模板法、电纺织法通常难以在聚烯烃平板基膜表面形成超疏水层，还存在操作步骤冗繁、仪器设备复杂、成本过高等缺点，因此不适合用来进行大规模超疏水膜制备。等离子体技术、电化学沉积法、简单喷涂法虽然可以对膜表面进行处理，但是成膜后表层的超疏水涂覆层由于跟膜表面没有化学键交联，疏水表面容易发生脱落和流失。分子自组装不容易实现，且会脱落。

固体表面特殊浸润性由于其很高的实际应用价值而一直倍受研究者的关注。人们对自然界中特殊浸润性表面的研究发现，制备特殊浸润性表面不仅依赖于表面的化学组成，还依赖于表面的微米纳米结构。在这一领域的研究中，受荷叶的启发，构建具有特殊微观几何形状的粗糙结构及调节其表面的化学组成一直是研究的热点，同时人们在特殊浸润性领域，例如超疏水智能浸润性开关等方向取得了一系列的进展。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超疏水平板膜的制备方法，采用该方法制备的平板膜疏水性好、制备工艺简便、经济高效。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种超疏水平板膜的制备方法，以聚烯烃平板膜为基膜，首先将所述聚烯烃平板基膜进行膜片羟基化处理，然后利用硅烷单体在聚烯烃平板基膜的表面进行硅烷化反应，在聚烯烃平板基膜上构筑有机硅微米或纳米结构表面，通过调节硅烷化反应体系的含水量，控制硅烷单体在聚烯烃平板基膜的表面的聚合方向,得到超疏水平板膜。

在上述方案的基础上，所述的超疏水平板膜的制备方法，包含如下步骤：

(1)膜片羟基化：以聚烯烃平板膜为基膜，将所述聚烯烃平板基膜干燥后在新制备的Piranha溶液中浸泡，浸泡温度为40-90℃，进行羟基化反应，然后用去离子水冲洗干净干燥备用；

(2)硅烷化反应：将羟基化后的膜片放入一定浓度的硅烷溶液后密封进行硅烷化反应，然后将膜片用以下清洗剂依次清洗：甲苯、乙醇、乙醇与水的混合溶液、水；

(3)热交联：将硅烷化后的膜片在50-200℃下，进行1-24小时的热交联,得到具有超疏水结构的聚合物表面；

执行步骤(1)至(3)至少1次后得到超疏水平板膜。

在上述方案的基础上，步骤(1)所述聚烯烃平板基膜的材质为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯，且其孔径范围为10～1000nm。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述Piranha溶液是体积比为7:3的H₂SO₄和30％H₂O₂混合溶液，30％为体积分数。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述聚烯烃平板基膜在新制备的Piranha溶液中浸泡，浸泡温度为50℃。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述聚烯烃平板基膜在新制备的Piranha溶液中浸泡进行羟基化反应的时间是0.1-5小时。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述聚烯烃平板基膜在新制备的Piranha溶液中浸泡进行羟基化的反应时间是1小时。