[发明专利]一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法，属于膜蒸馏技术领域。所述三层膜是由聚四氟乙烯纳米纤维膜作为疏水基层，聚偏氟乙烯纳米纤维膜作为中间粘结层，炭黑/聚乙烯醇复合纳米纤维膜作为亲水光热层，所述亲水光热层利用中间粘结层负载于疏水基层。其特征包括：(1)静电溶吹聚四氟乙烯纳米纤维膜的制备；(2)静电纺聚偏氟乙烯纳米纤维膜的制备；(3)静电纺炭黑/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的制备；(4)三层膜的复合四个步骤。采用本发明制备的光热膜蒸馏用三层膜具有优异的光热转化性能、较高的水通量、抗盐性和防污性能，在处理高盐废水方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光热膜蒸馏技术领域，具体涉及一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法。

背景技术

随着工业的高速发展和人口膨胀，水资源短缺已成为全球面临的严重挑战。海水储量丰富，占全球地表含水量的97％，通过海水淡化技术利用海水资源是解决水资源问题的有效途径。目前，海水淡化工艺主要包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、机械蒸汽压缩(MVC)、反渗透(RO)、纳滤(NF)和膜蒸馏(MD)等。其中，MD是一种膜技术与传统热蒸馏相结合的技术，因出水水质高、运行压力低和运行温度低等优点备受关注。然而，尽管膜蒸馏技术优势显著，但膜蒸馏技术迄今为止仍未实现产业化，这是由于传统膜蒸馏技术仍存在一些局限性，包括给水加热需要损耗大量电能，以及疏水膜与有机污染物之间的强相互作用导致膜污染和膜润湿问题。

为此，采用低品位或可再生能源作为热源替代电能成为膜蒸馏工艺优化的重要举措之一。其中，太阳能因其分布广、成本低而成为MD的理想能源。太阳能驱动MD过程消除了通过外部方式加热水的能源成本，从而为高效的水处理开辟了新的机会。太阳能驱动MD成功的关键是太阳能的高效收集和转移，若采用太阳光直接加热水源，水对太阳光的吸收能力差效率低；若设置太阳能集热装置必然会增加膜蒸馏系统的复杂性。因此，通过制备光热膜成为利用太阳能的优选方案之一。等离子体金属、半导体、碳基材料等纳米粒子已被证明可以有效吸收太阳能，其中碳基材料因其固有的优异性能而被选为优良的光热转换材料，可广泛应用于日常生活中。良好的光热效应、高吸光度和低反射率是碳基材料作为光热材料的关键因素。常用的碳基材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳复合材料、无定形碳等。

另一方面，针对光热MD膜的膜润湿和膜污染问题，近年来，科学家利用油水分离及抗生物粘附材料的知识和理论，得到亲水材料与污染物之间可以形成水层，可用作有机污染物附着的坚固屏障，赋予MD膜优异防污染和防润湿性能。

本发明探讨出一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法，采用高效的静电溶吹技术开发了一种简单、低成本、高效率的光热膜蒸馏用三层膜，PTFE纳米纤维膜作为疏水基层，其较低的导热率可以减少热量损失，PVDF纳米纤维膜作为中间粘结层，表面能介于PTFE和PVA之间，可有效改善两层之间的附着力，以成本低廉的炭黑纳米颗粒和PVA为原料制备亲水光热层，具有优异的光热性能和亲水性，三层协同具有优异的耐久性，同时实现了高效的局部加热和出色的长期稳定运行，在处理海水淡化方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明涉及一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法，通过太阳能照射引发光热层的高效局部加热，取代了通过外部加热整个给水系统的需要，消除了传统MD固有的效率限制和巨大的功率需求。基层PTFE高疏水低导热率可以起到了疏水和减少热量损失的作用，中间层PVDF起到紧密粘结作用，表层C/PVA起到了光热防污作用。三层膜具有互相贯通的开孔结构，显著减小蒸汽传质阻力，提高水通量，三层协同具有优异的耐久性，实现了高效的局部加热和出色的长期稳定运行。本发明所制备的光热膜蒸馏用三层膜在膜蒸馏领域具有广阔的应用前景。

1、一种光热膜蒸馏用三层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)静电溶吹聚四氟乙烯(PTFE)纳米纤维膜的制备：将一定量的聚四氟乙烯溶液和一定量聚乙烯醇溶液按照一定比例混合，在室温搅拌0.5～3h，得到纺丝液，采用静电溶吹技术对上述溶液进行纺丝，经煅烧，制得PTFE纳米纤维膜。