[发明专利]一种抗污染自清洁聚偏氟乙烯平板超滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗污染自清洁型聚偏氟乙烯平板超滤膜及其制备方法。以磷酸三乙酯为溶剂，将一定量的凹凸棒石‑类石墨相氮化碳复合材料颗粒超声分散在其中，加入聚偏氟乙烯和两亲性共聚物并剧烈机械搅拌至溶解，再加入致孔剂聚乙二醇并搅拌均匀，最后静置脱泡得铸膜液；以凹凸棒石‑类石墨相氮化碳复合材料水悬浮液为凝固浴，采用浸没沉淀相转化制成平板膜。本发明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，增强膜压密性能，同时更为重要的是能利用处于超滤膜表面和本体的类石墨相氮化碳的光催化性能，实现膜抗污染及自清洁，提升膜分离过程的经济性。

技术领域

本发明涉及一种抗污染自清洁型聚偏氟乙烯超滤膜及其制备方法和应用，属于膜分离材料技术领域。

背景技术

近年来，以聚偏氟乙烯( PVDF) 为主材料制备超滤膜倍受关注，PVDF 材料具有机械性能优良、化学性能稳定、抗酸碱腐蚀、制备工艺简单、 成本较低等诸多优点。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，在使用过程中截留物易吸附在膜表面及膜孔内致使膜孔堵塞，使膜体抗污染，通量衰减很快，降低了膜的使用寿命，并且清洗十分困难。所以，为扩大 PVDF 膜的应用范围与使用寿命，提高 PVDF 膜 的亲水性能、避免膜污染显得尤为重要。

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。中国发明专利（CN201410439685.X）公开了将纳米凹凸棒石引入高分子膜制备凹凸棒石/聚偏氟乙烯纳米复合超滤膜及其制备方法。通过将纳米凹凸棒石引入聚偏氟乙烯超滤膜，利用凹凸棒石独特的纳米纤维结构及其与聚偏氟乙烯形成的三维网状结构有效改善聚偏氟乙烯超滤膜的结构和强度，同时利用凹凸棒石高亲水特性提高聚偏氟乙烯超滤膜的渗透性、亲水性和抗污染能力。

近年发展起来的将光催化和膜分离耦合的技术能利用光催化剂对污染物质进行氧化降解使得膜污染引起的膜通量下降问题得以解决或者减轻，赋予膜自清洁性能。在众多光催化剂中类石墨相氮化碳g-C₃N₄作为一种廉价、稳定、具有良好可见光响应的聚合物半导体光催化剂，越来越受到人们的广泛关注。但是，在现有的g-C₃N₄ 光催化体系中，都需要催化剂分散在溶剂中并与目标物充分接触，活性粒子经催化剂表面作用于目标物，所以g-C₃N₄的比表面积和微观形貌也影响了其光催化性能。将g-C₃N₄聚合物通过化学键合作用牢固负载在其它载体上，可获得高效、稳定的耦合型g-C₃N₄复合材料。CN106179447A公开了一种强耦合型凹凸棒土-KHX-g-C3N4复合材料的制备方法，强耦合型凹凸棒土-KHX-g-C3N4复合材料具有良好的催化性能。在共混改性中，由于纳米颗粒被包裹在高分子膜材料中，严重影响其光催化性能的发挥，而相比于共混改性，利用纳米颗粒原位植入对超滤膜表面进行改性能使纳米颗粒曝露在膜表面，与污染物质直接作用，但是纳米颗粒的植入只改变了超滤膜的表面形貌，对其本体的结构和性能没有改善。

发明内容