[发明专利]兼具乳液分离和染料吸附性能的PVDF膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具乳液分离和染料吸附性能的聚偏氟乙烯分离膜的制备方法，其是将经无水乙醇、去离子水、氢氧化钠溶液处理后的聚偏氟乙烯膜浸渍在氯化铜溶液中，从而在其表面沉积一层铜离子，再将沉积铜离子的聚偏氟乙烯膜浸泡在丙烯酰胺/单宁酸混合溶液中，以制得改性的聚偏氟乙烯分离膜。本发明制备工艺简单，成本低；所得分离膜具有优异的防油粘附性能、机械性能和循环稳定性，可高效处理富含稳定水包油乳液和染料的复杂污水。

技术领域

本发明属于材料化工领域，具体涉及一种兼具乳液分离和染料吸附性能的聚偏氟乙烯（PVDF）分离膜的制备方法。

背景技术

工业废水排放和海上原油泄漏产生的油水混合物给环境保护、人类健康和生物生存带来了巨大挑战。因此，能够有效分离油水的技术或材料对于可持续发展具有重要意义。在水污染物中，水包油乳液和水溶性染料是常见的较难分离的污染物。近年来，具有特殊润湿性的功能化膜材料因其分离效率高、能耗低、操作简单等特点被认为在废水处理方面是一种有效的技术。

科研人员开发了多种改性策略来制备亲水水下疏油膜，其常用的亲水改性方法包括附着亲水聚合物、沉积无机纳米颗粒、电化学阳极化、静电纺丝、化学刻蚀等。然而这些方法在制备过程中存在着需要使用昂贵材料和设备或者有毒试剂，材料的合成工艺复杂难以满足大规模工业化生产等问题，在应用中也存在着防污性能差、循环和机械稳定性差和应用功能单一等问题。

现有专利CN112808034 A公开了可利用芳香酸、单宁酸与一系列水溶性高分子聚合物在基膜上交联形成网状结构而制备出的疏松纳滤膜，但该发明直接使用高分子量聚合物，对材料聚合度要求高，存在价格昂贵而且可调控性能差，制备得到的膜材表面孔隙少、0.5 MPa压力下通量低于60 L/(m²·h)，循环使用性能差，在实际应用中不能针对复杂的污染水体进行高度的适配等缺点。本发明通过先在预处理的聚偏氟乙烯膜上沉积一层铜离子，然后将聚偏氟乙烯膜浸渍在丙烯酰胺单体/单宁酸混合溶液中发生原位聚合反应而在其上成功修饰聚丙烯酰胺/单宁酸水凝胶纳米复合材料，以制备出兼具高效乳液分离和染料吸附性能的亲水水下超疏油膜。其中，过渡金属铜离子层容易和碱处理后的聚偏氟乙烯膜表面的羟基活性基团、单宁酸结构中的儿茶酚基团形成配位键，有利于在膜表面沉积更多的单宁酸以改善膜表面的亲水性，而铜离子层的引入也能够有效提高涂层和基底的结合力，使膜具有优异的稳定性；聚丙烯酰胺水凝胶是以丙烯酰胺为单体聚合形成的含有大量氨基的亲水性聚合物，具有高亲水性和强水合能力，是一种理想的水下防油粘附的材料，单宁酸被用作化学交联剂和儿茶酚基团的提供者改善了水凝胶涂层稳定性差的缺点，显著提升了膜材的机械性能，因此，本发明是利用氯化铜、丙烯酰胺和单宁酸三者共同作用才能成功对基膜进行亲水改性。同时，改性膜表面被铜离子、单宁酸和聚丙烯酰胺功能化后，其表面富含的C-OH可用于吸附阳离子染料，并且膜表面均匀分布的纳米微球为染料分子提供了均匀吸附位点，可使吸附最大化，从而赋予材料优异的染料吸附的性能，且氯化铜、丙烯酰胺和单宁酸都具有易于使用和价格低廉的优点，制备过程对环境友好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种兼具高效乳液分离和染料吸附性能的聚偏氟乙烯分离膜的制备方法。其先在预处理的聚偏氟乙烯膜上沉积一层铜离子，然后将聚偏氟乙烯膜浸渍在丙烯酰胺/单宁酸混合溶液中发生原位聚合反应，从而成功在其上修饰聚丙烯酰胺/单宁酸水凝胶纳米复合材料，以制得亲水水下超疏油分离膜，该制备过程简单，制备得到的分离膜对于染料和乳液有着高分离效率、高通量和优异的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼具乳液分离和染料吸附性能的聚偏氟乙烯分离膜的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将依次经过无水乙醇、去离子水、氢氧化钠溶液处理的聚偏氟乙烯膜于氯化铜溶液中浸泡一段时间，使其表面沉积一层铜离子，然后用去离子水冲洗干净，干燥后待用；

（2）在冰浴条件下制备丙烯酰胺/单宁酸混合溶液，静置待用；