[发明专利]一种新型超疏水聚偏氟乙烯油水分离膜及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料科学领域，具体涉及一种新型超疏水聚偏氟乙烯油水分离膜及其的制备。该方法将聚偏氟乙烯溶解于极性有机溶剂中，配制成均一、透明的铸膜液，铸膜液静置脱泡后，刮膜，经过双凝固浴浸没沉淀相转化过程，将得到的聚偏氟乙烯平板膜置于纯水中浸泡清洗，最后取出晾干得到超疏水聚偏氟乙烯平板膜成品。该方法制备工艺简单、材料价格低廉且实验过程中未涉及有毒试剂，适合于工业化生产，所得超疏水聚偏氟乙烯平板膜具有高强度、高通量的特点，在油水分离过程中通量稳定，分离性能优异，在油水分离、污水处理及海洋石油泄漏中均具有广泛的工业化应用价值。

技术领域：

本发明属于高分子材料科学领域，涉及一种过滤膜，特别是涉及一种新型超疏水聚偏氟乙烯油水分离膜及其的制备。

背景技术：

水是地球上最常见的物质之一，是维持包括人类在内所有生命存在的重要资源，也是几乎所有生命体的重要组成部分，被称为生命的源泉。水体污染的形式主要包括：无机或有机等有毒物质的污染、植物营养素污染、病原微生物污染以及油类污染等。其中，油污染是一种来源广泛的污染形式，为有效地遏制油污染，在排放油水混合物及油水乳液之前必须对其进行有效分离，油水分离技术在石油化工等领域有着重要的影响，包括海面污油、采油废水的回收、有机溶剂的分离等，其中一方面可回收油性物质，节约能源；另一方面水是生产和生活的重要资源，可使水体净化，达到排放标准，以减少环境危害。

目前，国内外的污油处理方法有电场处理法、热化学处理法、微波处理法、超声波破乳法、膜分离法等。其中，膜分离法是近代发现的一种新型分离方法，分离效率高，应用最为普遍。膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择分离特性实现料液不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。膜分离具有能耗低、单级分离效率高、过程灵活简单、环境污染低等特点。利用表面特殊浸润性进行油水分离是当前材料科学研究的一个热点问题。由于水和油的表面张力相差很大，选择对水和油浸润性不同的表面可以选择性对一相吸附，对另一相排斥，增强表面的浸润性，可以提高分离效率。因此，制备一种对油水混合物及油水乳液具有优异分离性能的疏水/亲油膜材料，从而实现对水质的净化保护，是一种高效率、低能耗、低成本、绿色环保的分离方法，对生态以及实际生活具有重要的意义。

目前，制备具有油水分离性能的新型超疏水材料成为研究的热点，主要是利用所研制材料对油水体系的浸润性不同，该类材料在油水分离领域已有诸多研究成果。如中国发明申请CN102698471A公布了利用聚乳酸制备多孔膜，然后对其进行表面改性从而获得具有疏水性能的可降解油水分离膜，该材料虽然表现出较强的疏水性能，但由于聚合物自身力学性能较差的缘故，导致其承压能力不高，限制了其应用。CN103961905A专利公开了一种成本低廉并且油水分离效率高的超疏水亲油油水分离网膜的制备方法。本发明通过采用成本低廉的无机物作为部分原料，采用较温和的制备工艺，以溶胶法在金属网上形成纳米级的乳突状结构，并利用低表面能有机修饰剂对构筑的纳米二氧化硅进行改性，制备了超疏水/亲油油水分离网膜，但由于网膜的孔径较大，该材料仅能分离不混溶的油水混合物，对油水乳液无分离效果。CN105603637A的专利公开了一种高效的静电纺丝油水分离纤维膜，首先制备了聚酰胺酸(PAA)铸膜液，通过同轴静电纺丝法制备纤维素-聚酰胺酸(CA-PAA)膜，并对其进行热亚胺化，合成苯并噁嗪单体(BAF-tfa)及BAF-tfa/SiO₂并原位固定CA-PI纳米纤维膜，最终得到具有生物可降解性、较高的油水分离性能的CA-PAA纳米纤维膜，本发明所采用的工艺需要在特定的温度及湿度下进行制备，工艺较复杂。

本发明在上述研究的基础上，选取水处理领域高性能聚偏氟乙烯(PVDF)作为膜材料，利用其优异的热稳定性和化学稳定性，通过控制其结晶成核速度，与纳米粒子之间发生强烈的疏水作用力后，能够在膜表面形成稳定的表面粗糙微纳米多级结构。同时，结合其自身的低表面能，得到超疏水聚偏氟乙烯平板膜。此实验过程不涉及有毒试剂，未发生共混、涂覆、接枝等复杂反应，工艺简单，无氟化物，对环境友好，适合于工业化生产，对从不混溶的油水混合物到乳化剂稳定的油水乳液均具有优异的分离性能，在使用过程中具有良好的重复使用性能，可应用于油水分离及海洋石油泄漏等领域。