[发明专利]一种易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜及其制备方法，属于膜分离材料技术领域。

背景技术

聚偏氟乙烯（PVDF） 具有良好的化学稳定性，耐高温，耐氧化，耐腐蚀，韧性好，强度高等优点，是制备超滤膜的首选膜材料之一。但是PVDF的表面能极低，疏水性较强，导致其成膜后水通量较低，在分离油水或含蛋白溶液体系时吸附污染严重，通量衰减很快，降低了膜的使用寿命。且污染后的膜最终还是要通过清洗试剂的溶解等作用去除污染物。这一清洗过程不仅消耗化学试剂，也带来环境污染问题，同时也会对膜寿命产生不利影响。因此，需要对聚偏氟乙烯膜进行亲水性改性，提高其抗污染及自清洁能力。

目前对PVDF膜改性的方法主要有表面改性和共混改性两大类。表面改性主要有表面涂覆和表面接枝。前者操作简单但改性剂在膜使用过程中易流失，且脱落的改性物质也会对膜造成污染；后者需后处理且改性不够均匀，甚至会堵塞模孔，损害膜性能。共混改性则是在制备铸膜液过程中完成膜改性，不需繁琐的后处理过程，且改性剂能同时覆盖膜表面和膜孔内壁，不会引起膜结构的破坏。常见的共混剂有三种：亲水性聚合物、双亲聚合物、无机纳米粒子。

近年来，无机纳米粒子备受青睐，由于无机纳米粒子亲水但不溶于水，可以避免其从膜材料中流失且操作简单，改性均匀，效果持久，将无机纳米粒子与高分子膜材料共混，既能改善膜结构，又能使其兼具高分子膜的韧性及无机膜的耐高温性。

但是，无机纳米粒子比表面积较大，很容易团聚在一起，且亲水性的无机纳米粒子与高分子膜材料相容性差。传统无机纳米粒子（Al₂O₃，TiO₂等）在膜制备和使用中易发生脱落，影响膜的性能和改性效果。碳纳米管等一维纳米材料可通过高分子链的缠绕提高自身稳定性，但其成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜，利用凹凸棒石独特的纳米纤维结构与聚偏氟乙烯形成的三维网状结构从而有效改善纯聚偏氟乙烯超滤膜的结构和强度，利用凹凸棒石高亲水性提高膜的渗透性与亲水性，同时也能兼具聚N-异丙基丙烯酰胺的温敏性，实现抗污染性及易清洗性。

技术方案：

根据本发明的第一个方面：

一种易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜，它是由按照重量份计的如下组分所制成：聚偏氟乙烯粉体15～25份、有机溶剂75～85份、聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性过的凹凸棒石、添加剂；所述聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性过的凹凸棒石的质量是聚偏氟乙烯粉体的0.5～10%，所述添加剂的质量是聚偏氟乙烯粉体和有机溶剂总质量的3～6%。

所述的有机溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、酰胺类溶剂、酯类溶剂或内酯类溶剂；所述的酰胺类溶剂选自二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；所述的酯类溶剂选自磷酸三甲酯或磷酸三乙酯等；所述的内酯类溶剂选自γ-丁内酯。

所述的添加剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、氯化锂、氯化钠、氯化钙、硝酸锂或者甲酰胺。

所述的凹凸棒石纤维长度为0.5～2μm，直径为30～70nm，纯度大于95%。

根据本发明的第二个方面：

上述的易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜的制备方法，包括如下步骤：将聚N-异丙基丙烯酰胺接枝改性过的凹凸棒石加入有机溶剂中，超声分散至混合体系均匀，再加入聚偏氟乙烯粉体及添加剂搅拌溶解后得铸膜液，静置脱泡，利用浸没沉淀相转化法成膜。

搅拌溶解的温度控制在75～85℃，搅拌溶解的时间控制在20～40小时。

静置脱泡的温度为75～85℃，时间为12～24小时。

相转化法中采用去离子水为凝固浴，凝固浴温度为20～30℃。

所述的聚偏氟乙烯超滤膜为平板膜。

根据本发明的第三个方面：

一种采用超滤膜截留蛋白质的方法，包括如下步骤：采用上述的易清洗型聚偏氟乙烯超滤膜对蛋白质溶液进行过滤。

所述的蛋白质溶液是指1g/L的BSA溶液。

上述的方法中，过滤之后采用变温的方式对膜进行清洗。

所述的变温的方式，是依次在25℃和40℃的条件下交替进行清洗操作。

有益效果