[发明专利]高通量高抗污染性的聚乙烯超滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高通量高抗污染性的聚乙烯超滤膜，其特征在于，通过对纳米级碳纳米管阵列化使其定向排列具有通道作用，而后将其作为添加剂制备聚乙烯超滤膜，并通过亲水试剂处理使膜同时具有亲水性能和水通道的作用，且碳纳米管的电性能可以有效改善膜的分离能力，本发明专利的申请可以实现高通量、高抗污染性的聚乙烯超滤膜的制备，且操作较为简便，试剂易得，实验结果表明，改性后的超滤膜水通量大幅度提高、通量恢复率较高、接触角较低且对BSA截留率较高。

技术领域

本发明涉及超滤膜技术领域，具体涉及一种具有高通量、高抗污染性的聚乙烯超滤膜的制备方法及超滤膜的应用。

背景技术

膜分离技术因为在工业过程中的诸多优势逐渐受到广大科学家的关注。膜分离过程主要包括膜蒸馏(MD)、超滤(UF)、反渗透(RO)、微滤(MF)和纳滤(NF)。膜分离技术的主要优点是过程较易放大、操作简便、分离效率高、能耗低、无有害添加剂。其中超滤膜是指孔径在在10-100纳米之间，截留分子量在500-10⁶之间的分离膜，因为其操作简便、能耗低、室温下就可操作等优点，正是因为这些优势，膜分离技术在水处理、食品业、环保、气体的净化等行业均有广泛应用。

聚乙烯(PE)作为当今使用最为广泛的树脂原料之一，具有高的耐腐蚀性、稳定性好、优异机型性能和理化性能等优点，但聚乙烯因为其自身C-H键导致极强的疏水性，润湿性极差，导致制备的超滤膜通量和抗污染性降低，所以对聚乙烯进行亲水化改性使其具备亲水性能是非常重要的。

目前常用的超滤膜主要通过非溶剂致相分离法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)制备，PE作为结晶聚合物，常温下基本无良溶剂将PE溶解，而TIPS作为当今使用最广的制备超滤膜方法，具有成孔效果好，孔结构可控，通过稀释剂和萃取剂的选择可以有效的控制孔结构的连通性的优点，这是水处理膜中最为重要的一点，当膜表面具有通道后，截留不同物质的截留分子量更高，分离效果越好，表面自清洁效果更好，抗污染性能提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有制膜技术的不足，提供一种具有负载阵列化碳纳米管水通道作用的高通量、高抗污染性超滤膜及其制备方法。本发明申请利用各种纳米级碳纳米管并对其表面阵列化处理使其具有水通道作用，作为添加剂制备聚乙烯基膜，并利用负载亲水试剂的方式使基膜表面产生大量亲水基团，使膜同时具有亲水性和水通道的作用。

一种高通量、高抗污染性的聚乙烯超滤膜的制备方法，其具体步骤为：

(1)将碳纳米管置于硝酸和硫酸的混合溶液中在40～100℃超声0～8h、机械搅拌0～8h，高速离心纯化过滤获得处理后的碳纳米管；

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种；

硝酸和硫酸的混合溶液中的硝酸和硫酸体积比为1:0、1:1、1:3、3:1和0:1。

(2)将步骤(1)制备的处理后的碳纳米管加入到稀释剂中探针超声处理2h使其混合均匀；然后继续加入聚乙烯和添加剂在170～220℃下真空状态加热搅拌1～5h得到铸膜液；

处理后的碳纳米管在铸膜液中的质量分数为0.5～5％；

聚乙烯在铸膜液中的质量分数为10～40％；

添加剂在铸膜液中的质量分数为0.01～1％；

稀释剂在铸膜液中的质量分数为60～90％；

碳纳米管、稀释剂、聚乙烯和添加剂的质量分数保证四者相加为100％为准。

所述的聚乙烯分子量为100～2000万之间；

所述的稀释剂为矿物油、二苯醚、液体石蜡(LP)、大豆油、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、白油中的一种或几种；

所述的添加剂为致孔剂、表面活性剂；