[发明专利]一种膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜的制备方法，它是由串珠结构聚偏氟乙烯纳米纤维膜作为疏水层，树枝结构聚偏氟乙烯纳米纤维膜作为亲水层组成，其特征包括1)纺丝液的配置，2)膜蒸馏用亲疏水双层膜的制备三个步骤。采用本发明制得的膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜具有较大的渗透通量，在膜蒸馏领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜的制备方法，具体涉及采用静电纺丝技术在亲水聚偏氟乙烯树枝状纳米纤维膜上纺制一层不同厚度的串珠结构氟改性丙烯酸酯共聚物掺杂聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜作为疏水层，制得膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜，属于功能高分子纤维技术领域。

技术背景

膜蒸馏技术作为一种充满前景的膜分离技术，具有出水水质高、运行压力低和运行温度低等优点在海水淡化方面显示出巨大的潜力。然而，由于相对较低的通量和长时间运行后膜性能的逐渐下降，截至当前，膜蒸馏并未实现商业化。所以，作为膜蒸馏过程的核心组件，开发一种高通量、高截留率和长使用寿命的膜蒸馏材料至关重要。当前，膜蒸馏过程中所采用的膜材料通常是由商业微滤膜制成的，如聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯中空纤维膜或平板膜等，这些膜材料不是专门为膜蒸馏设计的，在膜蒸馏过程中容易出现膜孔润湿和通量低的问题。理想的膜蒸馏膜应该具有疏水性强、孔隙率高、孔径分布范围窄和厚度小等特点。因此，迫切需要开发出适用于膜蒸馏过程的膜结构设计合理的超疏水膜，获得更好的膜蒸馏性能。

静电纺丝技术是一种非常有效的制备纳米纤维膜的方法，制得的纳米纤维膜具有高孔隙率、高比表面积和相互连通的孔结构，同时可以通过调节纺丝工艺、材料的选择以及后处理方法对纤维膜的形貌结构及性能进行调控，近年来越来越多的研究者将静电纺纳米纤维膜应用于膜蒸馏研究。为了进一步增大膜蒸馏通量，研究者们构建了一种由疏水层/亲水层或超疏水层/微疏水层组成的双层膜用于膜蒸馏，其中薄的疏水层作为表层，厚的亲水层作为支承层。目前报道的大多数双层膜都是采用相转换法、熔融法和湿法纺丝工艺制备的平板膜或中空纤维膜，疏水性较静电纺纳米纤维膜差且渗透通量相对较低。

PVDF是一种具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和低表面能的含氟聚合物，这些性能使其成为膜蒸馏领域中最常用的膜材料。本发明探讨出一种膜蒸馏用亲疏水双层膜的制备方法。其中亲水层采用本课题组已授权发明专利(ZL201410669186.X和ZL201610361684.7)中树枝状纳米纤维膜的制备方法制备的树枝结构PVDF纳米纤维膜，疏水层采用本发明制备的串珠结构PVDF纳米纤维膜，其中串珠结构和氟改性丙烯酸酯共聚物的加入赋予表层纳米纤维膜超疏水性，亲水树枝结构PVDF纳米纤维膜可以促进水分透过，二者协同作用，使其具有较大的渗透通量。下面是具体的发明内容。

发明内容

本发明涉及一种膜蒸馏用多级结构亲疏水双层膜的制备方法，采用本发明的技术方案能够制备出一种高通量的膜蒸馏用膜，氟改性丙烯酸酯共聚物的加入可以调控串珠结构的形成，同时表层串珠结构和氟改性丙烯酸酯共聚物赋予表层纳米纤维膜超疏水性，亲水层促进水分透过，二者协同作用，使其具有较大的渗透通量。本发明所制备的膜蒸馏用双层膜在膜蒸馏领域具有广阔的应用前景。

本发明所述的膜蒸馏用双层膜的制备方法，其特征在于，包括：

(1)纺丝液的配置：将一定量的聚偏氟乙烯粉末和氟改性丙烯酸酯共聚物加入到N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，室温下搅拌使聚偏氟乙烯粉末和氟改性丙烯酸酯共聚物完全溶解，配置成质量分数为10～18％的聚偏氟乙烯溶液，所述的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为1∶1～3∶1；所述的氟改性丙烯酸酯共聚物占聚偏氟乙烯溶液的质量百分比为1～5％；

(2)膜蒸馏用亲疏水双层膜的制备：以聚偏氟乙烯/四丁基氯化铵体系制备的超亲水树枝状纳米纤维膜作为基布，采用静电纺丝技术对上述溶液进行静电纺丝，在亲水聚偏氟乙烯树枝状纳米纤维膜上纺制不同厚度的串珠结构聚偏氟乙烯纳米纤维膜，制得亲疏水双层膜。