[发明专利]一种超疏水复合微孔膜的制备方法

说明书

本发明为一种超疏水复合微孔膜的制备方法。该方法包括以下步骤：首先通过粗糙基底辅助相转化法制备聚偏氟乙烯（PVDF）高度疏水微孔膜作为基膜，然后配置多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散液，采用恒压过滤法，用制备好的PVDF基膜在恒压下过滤MWCNTs分散液，制得PVDF/MWCNTs复合膜，再经聚二甲基硅氧烷（PDMS）的正己烷溶液涂覆，制得PVDF/MWCNTs/PDMS超疏水复合微孔膜。本发明得到的复合微孔膜静态水接触角可达162°，滚动角为10°‑20°，100kPa下的氮气通量>0.3m³/(m²·s)，抗拉伸强度>2.6MPa，断裂伸长率>96%，可以应用于膜蒸馏、膜吸收等膜接触过程。

技术领域

本发明涉及一种超疏水复合微孔膜的制备方法,具体是一种在恒压条件下，用PVDF基膜过滤多壁碳纳米管均匀分散液制备PVDF/MWCNTs复合膜，再经聚二甲基硅氧烷(PDMS)的正己烷溶液涂覆，制备PVDF/MWCNTs/PDMS超疏水复合微孔膜的方法。

背景技术

近年来，超疏水表面(与水的接触角大于150°的表面)受到了人们的广泛关注。研究表明，构造超疏水表面可以从增大表面粗糙度和降低表面能两方面入手。聚偏氟乙烯(PVDF)因其优异的物理化学性能被广泛用于制备分离膜，但PVDF疏水膜在应用中仍然存在膜亲水渗透、不耐污染等问题，因此，对PVDF膜进行超疏水改性以提高其疏水性和抗污染性成为亟待解决的关键问题。随着功能材料的发展，将无机纳米材料与聚合物结合制备复合材料引起了人们的广泛关注。碳纳米管(CNTs)因结构上的特殊性和独特的物理化学性能，成为人们研究的最热门纳米材料之一。目前，已经有不少关于碳纳米管/聚合物复合膜的报道，其中多是将碳纳米管添加到聚合物溶液中共混制备复合膜，其作用主要是改变聚合物整体的性能，对于采用其他制备方法和重点关注其对表面性能影响的研究还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于针对当前技术中存在的不足，提供一种超疏水复合微孔膜的制备方法。该方法利用恒压过滤法将多壁碳纳米管插入PVDF高度疏水基膜(与水的接触角约120°)的微孔中，在膜表面原有的微米级结构基础上构建纳米级结构，形成微-纳米复合阶层结构增大膜表面粗糙度，再通过涂覆PDMS溶液降低膜表面的自由能，两方面协同作用增大膜表面的接触角，同时降低膜表面的滚动角，制备了PVDF/MWCNTs/PDMS超疏水复合微孔膜。

一种超疏水复合微孔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用粗糙基底辅助相转化法制备PVDF高度疏水微孔膜：将铸膜液经溶解、静置脱泡后，置于基底上，在基底上刮制0.15mm-0.2mm厚的液态膜，液态膜经水蒸汽诱导、凝固浴分相，固化成固态膜后从基底上取下，依次置于去离子水、乙醇中浸泡，室温下晾干，得到PVDF高度疏水微孔膜；所述的基底为表面具有微米级粗糙结构的铝合金板；所述的铸膜液的质量百分组成为聚偏氟乙烯(PVDF)10％-14％，正辛醇6％-10％，其余为溶剂；

(2)将多壁碳纳米管(MWCNTs)和碳纳米管分散剂溶于去离子水中，搅拌均匀后，先超声处理30min-60min，再离心处理30min-60min，得到浓度为0.01wt％-0.05wt％的碳纳米管分散液；碳纳米管分散剂的质量是所用碳纳米管质量的25％-35％；

(3)在恒定0.05MPa-0.25MPa过滤压差下，用步骤(1)制得的PVDF基膜在过滤器中边搅拌边过滤步骤(2)配置的MWCNTs均匀分散液，其中，接触微米级粗糙结构铝合金板的PVDF基膜表面朝向MWCNTs分散液侧，过滤完成后，朝向MWCNTs分散液侧的膜表面上均匀分布有MWCNTs,得到PVDF/MWCNTs复合膜，将所得PVDF/MWCNTs复合膜室温下晾干，待用；