[发明专利]一种纳米TiO2改性PEO/PVDF复合超滤膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超滤材料领域，具体涉及一种纳米TiO₂改性PEO/PVDF复合超滤膜及制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯（PVDF）超滤薄膜被广泛应用于给水净化处理、废水处理以及食品加工业中，PVDF超滤薄膜可以滤除细菌、病毒，同时保留人体所必须的微量元素。PVDF超滤薄膜与活性炭纤维常常组合用于净化饮用水，先用活性炭纤维吸附有机物小分子和重金属离子，再采用PVDF超滤薄膜作为终端过滤，可防止活性炭纤维的漏菌，具有很高的净水效率。PVDF超滤薄膜用于处理含油废水，不需要破乳进行浓缩分离，并且可以实现废水回收利用。聚氧化乙烯（PEO）又称聚环氧乙烷，是一种结晶性、热塑性的水溶性聚合物，而且耐细菌侵蚀，不会腐败，在大气中的吸湿性通常不大。

现有技术中，将TiO₂和PEO颗粒加入到PVDF纯膜制备液中，可制备出PEO/PVDF新型杂化膜，能显著提高复合膜的性能，如亲水性、耐腐蚀、抗污染等。所得TiO₂改性PEO/PVDF超滤薄膜在污（废）水处理上实现低成本、高强度、高通量、抗污染等优点，必能促进膜技术在水处理工程的广泛运用。

中国专利CN103394295B公开了一种亲水性PVDF复合超滤膜及其制备方法，该超滤膜的水通量最高达到193.7/(L·h^-1·m^-2)；中国专利CN102989329B公开了一种Ag/TiO₂改性PVDF超滤膜及其制备方法，但该超滤膜光催化效果不突出，抗污能力不够。因此，亟待开发出一种新技术，来解决现有PVDF超滤膜水通量低、疏水性强、抗污染能力弱等问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种纳米TiO₂改性PEO/PVDF复合超滤膜，能有效解决现有PVDF超滤膜水通量低、疏水性强、抗污染能力弱等问题，并公开了其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

设计一种纳米TiO₂改性PEO/PVDF复合超滤膜，由纳米TiO₂颗粒、纳米PEO颗粒和PVDF粉末按一定比例混合制备成溶液，运用静电纺丝法制备而成，产品水通量可达到3000/(L·h^-1·m^-2)以上。

上述TiO₂改性PEO/PVDF复合超滤膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二氯甲烷、丙酮和N,N-二甲基乙酰胺配制成混合溶剂（三者质量比为1：5～6：3～4，优选1：5.4：3.6)，再加入一定量纳米PEO颗粒，搅拌均匀得到混合溶液；再加入一定量PVDF粉末，于50～80℃恒温搅拌至PVDF完全溶解，加入纳米TiO₂颗粒继续搅拌2～5小时；然后，静置溶胀12～24小时，得到共混纺丝液。

所述混合溶剂、纳米PEO颗粒、PVDF粉末和纳米TiO₂颗粒之间的重量比为1000：2～8：140～160：2～10；所述纳米PEO颗粒、PVDF粉末和纳米TiO₂颗粒之间的重量比优选6：150：8。

（2）将所得共混纺丝液超声分散25～35min，然后进行静电纺丝，得到薄膜；所用静电纺丝仪参数设置优选为：电压16KV，纺丝速率0.5ml/h，纺丝量5ml。

（3）将所得薄膜置于两块玻璃片之间压紧，以防止薄膜在热处理的过程中收缩，在155～165℃条件下热处理1.5～2.5h，即得到TiO₂改性PEO/PVDF复合超滤膜。

本发明具有如下的积极有益效果：

（1）发明将纳米TiO₂颗粒、PEO和PVDF按特定比例混合，运用静电纺丝法制备成纳米纤维薄膜，使纳米TiO₂ 颗粒在具有大比表面的纳米纤维上得到足够大的纤维面积作为附着点，纳米TiO₂颗粒能紧紧地附着或者镶嵌在纳米纤维上，使纳米TiO₂ 颗粒能得到回收利用，不易造成二次污染。

（2）本发明所用纳米TiO₂颗粒是亲水性的物质，与疏水性的PVDF混合，能有效地改变PVDF的疏水性，减轻由于PVDF膜的疏水性造成的膜污染。