[发明专利]一种抗结晶疏水改性膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗结晶疏水改性膜及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：将表面羟基化的纳米纤维基膜置于N,N‑二甲基甲酰胺和全氟烷基二甲基氯硅烷挥发气氛的密闭环境中于80～140℃下处理2～6h，所述N,N‑二甲基甲酰胺与全氟烷基二甲基氯硅烷的体积比为(14～18)：(2～6)。本发明通过对表面羟基化的纳米纤维基膜同步进行蒸汽处理与氟化修饰制备得到了一种膜材料，所得膜材料具有较强的抗结晶和抗污染性能，能够保持原有的过膜通量，且能够在高盐水膜蒸馏水处理过程中长期稳定运行，减缓膜污染速度，降低膜清洗成本，提高水回收效率。

技术领域

本发明涉及膜蒸馏水处理技术领域，更具体地，涉及一种抗结晶疏水改性膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜蒸馏过程是一种以疏水膜为分离介质，以膜两侧蒸汽压力差为推动力的膜分离水处理技术，但受限于膜材料的性能，仍未得到大范围的推广使用。膜蒸馏一般用于处理高盐度的污水，或是利用其进行海水淡化，但现有的膜材料在进行水处理过程中，容易被水中的无机盐污染，在膜表面产生盐垢，膜结垢的发生会使膜的分离性能降低，水回收率降低。

现有的一些膜材料抗结晶改性制备思路主要在提高膜的疏水性方面，目前对疏水材料的研究表明，材料表面的亲疏水性主要通过在材料表面构筑不同的粗糙表面，以及修饰不同表面能的材料。材料的粗糙表面一般通过在材料表面沉积纳米级的颗粒来实现，许多小分子化合物如硅氧烷偶联剂等，可以与材料表面前处理产生的羟基进行水解反应团聚形成纳米颗粒，或是将带电纳米颗粒通过静电吸附的方式吸附在材料表面，使材料表面产生一定的粗糙度，而材料的低表面能一般通过修饰低表面能的含氟化合物得到。如Vasiliki等人(Engineered Slippery Surface to Mitigate Gypsum Scaling inMembrane Distillation for Treatment of Hypersaline Industrial Wastewaters.Environmental sciencetechnology(2018))通过将偏二氟乙烯(PVDF)膜与二氧化硅纳米颗粒接枝，然后用氟代烷基硅烷修饰以降低膜表面能制备得到了一种抗结晶改性膜。但上述文献报道的修饰方法，会极大地降低膜蒸馏的过膜通量，利用该方法制备得到的膜材料的过膜通量只有基膜的40％-60％。因此，如何简便地制备同时具有良好抗结晶性能和高过膜通量的改性膜材料，是当前应用于实际膜蒸馏水处理过程中膜材料的研究热点之一。

发明内容

本发明的首要目的是克服膜蒸馏水处理过程中，浓缩结晶造成膜污染以及现有膜改性技术造成过膜通量下降的问题，提供一种抗结晶疏水改性膜的制备方法。

本发明的进一步目的是提供一种抗结晶疏水改性膜。

本发明的另一目的是提供上述抗结晶疏水改性膜的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种抗结晶疏水改性膜的制备方法，包括如下步骤：

将表面羟基化的纳米纤维基膜置于N,N-二甲基甲酰胺和全氟烷基二甲基氯硅烷挥发气氛的密闭环境中于80～140℃下处理2～6h，所述N,N-二甲基甲酰胺与全氟烷基二甲基氯硅烷的体积比为(14～18)：(2～6)。

膜蒸馏过程中，蒸气透过膜孔的流态主要有克努森流、粘性流以及这两者的混合流态，但无论是何种传质机制，蒸汽分子与膜孔壁之间的摩擦作用都是传质阻力的重要来源，越光滑的膜孔越有利于蒸汽的传输。

发明人创造性地发现，通过将表面羟基化的纳米纤维基膜同步进行蒸汽处理和利用全氟烷基二甲基氯硅烷进行氟化修饰，不会明显地增加膜的粗糙度，进而不会增加传质阻力，可获得同时具有较高疏水性、抗结晶性能且高通量的膜材料。而利用三位点的氟化硅烷，如全氟癸基三甲氧基硅烷，则会团聚形成几个纳米尺度的颗粒，增加膜的粗糙度，进而增加传质阻力，降低通量。

优选地，所述表面羟基化为对纳米纤维基膜进行等离子体表面清洗。