[发明专利]一种聚苯胺-聚砜改性膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺‑聚砜改性膜及其制备方法，其特征在于：采用氧化还原法和快速混合法制备聚苯胺(PANI)纳米纤维材料，与聚合物相结合通过基质共混的方法制备抗污性能优良的改性膜。该改性膜的制作主要步骤如下：(1)使用盐酸作为掺杂酸成功制备了PANI纳米纤维；(2)采用浸没沉淀相转化制备聚砜(PSF)超滤膜；(3)将一定比例的PANI纳米纤维加入到铸膜液中均匀分散共混，采用浸没沉淀相转化法制备抗污性能优良的PANI/PSF改性膜。该制膜方法简单快捷，成本低廉，通过可控参数制备抗污性能优良的超滤膜，极大延长了滤膜的使用的寿命，扩展了其应用领域。

技术领域

本发明属于分离膜改性领域，涉及碳纳米材料/聚合物杂化多功能过滤膜的制备及膜抗污染性能的检测。

背景技术

世界人口的急剧增长加上城市化导致对水的需求迅速增加，但水资源短缺问题困扰着世界各地的许多人口。为了避免耗尽清洁和饮用水的可用资源，需要最大化废水处理，最小化水处理厂的排放，并提高水的净化效率。超滤膜和其他一些膜过程已被广泛应用于水处理和海水淡化。然而，膜装置运行中出现的主要问题之一是膜污染，这严重阻碍了膜技术的应用。因此我们需要对膜进行改性以提高膜自身的抗污染性或者寻找一种有效的方式对膜的污染进行监测以实现膜污染的预测及后处理。对于膜的改性方法主要有膜的表面改性和基体改性两种，膜的表面改性又分表面涂覆和表面接枝，基体改性分共混改性和共聚改性。其中共混改性是一种简单易操作的方法，对于膜的制备和改性可以实现一步完成，适用于大规模的工业生产。作为共混添加剂的材料主要有亲水性聚合物或成孔剂，以及无机纳米粒子等。而寻找一种既可以改善膜的亲水性，又可以提高膜的强度和导电性的合适无机材料，显得尤为重要。通过加入纳米材料来改善膜性能，早已成为膜改性研究热点。通过过去十几年的研究发现，由于聚苯胺(PANI)纳米纤维具有可加工性、亲水性、更高的表面积和较好的稳定性，因此可广泛的应用于分离膜领域。

发明内容

本发明的目的在于制备一种抗污性能优异的改性膜，以改善膜污染问题以及提高膜的综合性能。

本发明的技术方案如下：采用氧化还原法和快速混合法，使用盐酸作为掺杂酸成功地制备PANI纳米纤维功能化材料，以水作为凝固浴。然后，将纳米填料和添加剂溶于有机溶剂中水浴超声分散一定的时间得到均匀分散液，向分散液中加入一定量的聚合物并加热搅拌一定的时间，形成铸膜液，将铸膜液放在真空烘箱中进行真空脱泡一定的时间，用刮膜棒刮膜并将其放到凝固浴中至溶剂完全去除形成性能优异的改性膜，并通过检测水处理过程中膜过滤性能及抗污性能开综合评价改性膜的整体性能。

本发明的主要创新点如下：功能化的PANI作为纳米填料，采用共混方式，以基质混合来制备聚合物碳纳米材料改性膜，制备方法简单，低耗，并且膜的抗污性能大幅提升，制膜方法简单，新颖。

PANI纳米填料制备方法如下：将苯胺溶解在盐酸溶液中，此溶液记为溶液A。同时，作为氧化剂的过硫酸铵溶解在同一浓度的盐酸溶液中，记为溶液B。搅拌均匀后，将A，B两溶液快速混合并剧烈搅拌之后静置反应得到PANI纳米纤维。最后干燥，将其作为纳米填料加入混合有机溶剂。

本发明方法中改性膜的制备过程如下：将PANI纳米填料和聚乙烯吡咯烷酮溶于N，N-二甲基乙酰胺有机溶剂中，进行超声分散一定的时间，之后加入聚砜，一定温度下加热搅拌一定的时间形成铸膜液，静置脱泡，之后用刮膜棒进行刮膜，并将刮好的膜分别放到一定温度的去离子水凝固浴中，得到性能优异的改性膜。

本发明方法中膜抗污及综合性能表征方法如下：将制备所得的膜，放到膜池中，在一定压力下，过滤BSA溶液，一定的时间内过滤污染物，记录渗透过膜的水的体积随时间的变化规律，间接表征膜的抗污性能。

本发明所用的试剂和材料：苯胺、过硫酸铵、稀盐酸、聚乙烯吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、聚砜、牛血清蛋白。

附图说明

图1为快速混合法制备PANI纳米纤维示意图