[发明专利]一种PVDF-SiO2复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PVDF-SiO₂复合膜及其制备方法，具体为一种将介孔SiO₂微球固定在聚偏氟乙烯(PVDF)膜孔和膜表面而得到的PVDF-SiO₂复合膜及其制备方法，属于膜材料制备科学与技术领域。

背景技术

重金属在环境与健康领域主要是指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等生物毒性显著的元素，也泛指铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等一般重金属，它们以多种化学形态存在于水体，并在环境中迁移和积累。水体重金属人为污染源主要是矿山开采，金属冶炼，金属加工及化工生产废水，施用农药化肥和生活垃圾等。重金属废水污染毒效长期持续，生物不可降解，且可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害。近年来随着工业生产和城市现代化的发展，废水大量排放，水源中重金属积累加剧，污染越来越严重。对已污染水体进行有效治理已经成为全社会关注的焦点问题。

目前，处理水中重金属离子方法有吸附法、离子交换法、膜过滤法，化学还原法及反渗透法等。其中，膜吸附法由于具有操作方式简便和二次污染小等优点而受到了格外青睐。吸附功能膜不仅可以通过吸附将重金属离子快速去除，而且可以反复快速再生而保持较好吸附能力。然而，研究发现聚合物膜中螯合基团大多数并不能吸附重金属离子，膜吸附容量低，效果不能令人满意。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种综合性能良好的微滤膜或超滤膜材料，具有耐高温，耐辐射，耐磨，耐化学腐蚀(强碱除外)等特性，已广泛应用于化工，电子，纺织，食品，生化等领域。但PVDF膜不能直接用于重金属离子吸附，有机功能基团改性得到的PVDF膜也因改性基团在使用中常常被屏蔽而存在膜重金属离子吸附容量小的缺陷。

介孔二氧化硅(SiO₂)具有很好的化学稳定性和抗酸碱性能以及非常大的比表面积、相对大的孔径和规整的孔道结构，同时其孔径可在2nm至50nm范围内连续可调、孔道及表面易于改性，是一种吸附能力超强的吸附剂。但是介孔硅吸附剂为粉末，使用中常常因团聚而导致吸附能力下降；此外，其粒径较小，操作使用极不方便，费用高。

本发明结合了介孔二氧化硅在重金属离子吸附方面的特性和PVDF膜的多孔、便于使用等优势，将无机纳米粒子介孔二氧化硅固定到PVDF膜孔和膜表面，形成了一种新型的PVDF-介孔SiO₂复合膜，用于重金属离子吸附分离。

发明内容

本发明目的是要解决介孔SiO₂在使用过程中的团聚以及膜对重金属离子吸附能力低的缺陷，提供一种新型的PVDF-SiO₂复合膜及制备方法。本发明所述一种PVDF-SiO₂复合膜及其制备方法，具体是通过甲基丙烯酸(PMAA)，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)与PVDF链在溶液中进行自由基聚合，然后将所得聚合物通过溶液相转化法制得高通量、大孔径的PVDF平板膜，再通过共缩聚法在PVDF平板膜膜孔和膜表面合成均匀分散的介孔SiO₂微球，得到PVDF-SiO₂复合膜。

本发明解决所述产品制备方法技术问题的技术方案是：设计一种重金属离子吸附PVDF-SiO₂复合膜的制备方法，该方法是通过在聚偏氟乙烯(PVDF)膜孔和膜表面原位形成介孔SiO₂微球所得，包括如下步骤：

(1)MAA改性PVDF聚合物的制备：将6.0克PVDF溶于100ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，随后依次加入0.08克偶氮二异丁腈(AIBN)，1.0克二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和2.0克甲基丙烯酸(MAA)，通N₂ 30min后，将体系密封，80℃恒温搅拌反应6h，然后将所得反应混合物溶液离心分离，再分别用乙醇及蒸馏水洗涤3次，离心分离，最后将所得固体于60℃恒温干燥12h，得MAA改性PVDF聚合物；

(2)铸膜液的制备：将2.7-3.2克步骤(1)得到的MAA改性PVDF聚合物和0.4-0.9克致孔剂三嵌段共聚物F127加入到含有15.0ml DMF的烧杯中，60℃下搅拌4h(搅拌速度为200r/min)，然后室温真空脱泡2小时得到铸膜液；所述MAA改性PVDF聚合物和致孔剂F127的总质量与DMF的质量之比为1∶4；