[发明专利]一种天然蛭石纳米颗粒改性PVDF超滤膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种天然蛭石纳米颗粒改性PVDF超滤膜的制备方法,通过多巴胺的自聚合反应生成聚多巴胺网状物，在pH为7.2‑7.3的缓冲体系下与硅烷偶联剂KH550形成致密高渗透性网状层，同时将亲水性蛭石纳米颗粒包裹或黏附在网状层上进一步增加膜表面的孔隙及亲水性。其致密高渗透性的改性层在保障高水通量的条件下极大程度的提高了对牛血清蛋白的截留率，且处理实际污水时通量衰减更小，稳定通量更高。本发明采用价格低廉、元素种类丰富的天然矿物质蛭石为改性材料，极大程度的降低成本，且流程操作简单、易于工业化。

技术领域

本发明涉及膜法水处理技术领域，尤其涉及一种天然蛭石纳米颗粒改性PVDF超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种以压力差为推动力的膜分离技术，其孔径一般在10-100nm，可以截留颗粒物、胶体等大分子物质而让小分子物质通过，从而实现物质的分离、提纯和浓缩，已广泛应用于化工、食品、医药、饮用水净化等领域。

聚偏氟乙烯(PVDF)，因其具有机械强度高、化学性质稳定、抗氧化能力强、耐高温性能好等优点，被广泛应用于超滤膜的制备。然而，PVDF超滤膜的亲水性较差，在实际污水处理中，由于污水成分复杂，会产生严重的膜污染，导致水通量下降、截留率降低、使用寿命减少，能耗和成本增加。因此，对膜进行改性，提高膜的亲水性和抗污染性成为当下PVDF超滤膜研究的热点。

在改性材料中，由于纳米颗粒具有亲水性好、抗菌性强等特点，已成为膜改性领域的主要材料之一，其粒径为1-100nm，具有较大的比表面积、表面能及表面张力，具有传统材料没有的物理化学性质。然而，纳米颗粒与膜相结合的改性技术仍在探索阶段，制备高纯度纳米颗粒的技术要求较高、分离过程较复杂、成本较高、且存在二次环境污染等问题，要实现工业应用仍存在阻碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然矿物质黏附在PVDF超滤膜表面，以提高膜的亲水性和抗污染性，从而综合解决膜污染及成本问题的天然蛭石纳米颗粒改性PVDF超滤膜的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种天然蛭石纳米颗粒改性PVDF超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)蛭石纳米颗粒的制备：将天然矿物质蛭石使用球磨机磨成粉末后再用过硫酸钾法制备蛭石纳米颗粒；

2)PVDF超滤膜的预处理：浸泡基膜，不定期换水；正面朝上固定于自制的改性装置中，烘干；

3)缓冲溶液制备：采用三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)配置Tris缓冲溶液；

4)改性溶液制备：将盐酸多巴胺、硅烷偶联剂KH550及步骤1)中的蛭石纳米颗粒加入到步骤3)配置的缓冲溶液中，超声并调节pH；

5)蛭石改性PVDF(Verm-PVDF)超滤膜的制备：将步骤4)所得改性溶液置于步骤2)所述的PVDF膜表面充分反应；反应完毕，清洗膜表面，即得Verm-PVDF超滤膜。

优选地，所述步骤1)中，分别采用两种直径的磨球在转速450-490rpm研磨6-7h。

优选地，所述步骤1)中，过硫酸钾为高纯度，溶液浓度为0.04-0.06mol/L，离心转速为7000-9000rpm，时间10-20min。

优选地，所述步骤3)中，Tris缓冲溶液浓度为10-30mmol/L。

优选地，所述步骤4)中，蛭石纳米颗粒、盐酸多巴胺与KH550的质量比为1-3:10:10。

优选地，所述步骤4)中，改性体系超声时间40-60min，并调节pH至7.2-7.3。

优选地，所述步骤4)中，超声温度保持在16-24℃。