[发明专利]一种不对称类反蛋白石结构微滤膜及其制备方法

说明书

本发明属于新型分离膜材料技术领域，具体公开了一种不对称类反蛋白石结构微滤膜及其制备方法，通过牺牲SiOsubgt;2/subgt;微球模板制备类反蛋白石结构微滤膜，进一步通过有机溶剂处理类反蛋白石结构膜单侧膜表面，形成单侧无序结构即制备得到不对称类反蛋白石结构微滤膜；这样制备的微滤膜既具有孔径分布均一、高截留性的有序层结构，又具有高孔隙率、高渗透性的无序层，避免类反蛋白石结构牺牲膜渗透性，在固液分离领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及新型分离膜材料技术领域，特别是一种不对称类反蛋白石结构微滤膜及其制备方法。

背景技术

近年来，世界人口呈指数趋势增长，人类生存及工业生产等对水资源的需求日益加剧，污水处理问题成为当下研究热点。膜分离技术具有环境友好、能耗低、分离精度高、操作简便等优点备受关注。其中，微滤膜具有良好的固液分离性能，广泛应用于食品工艺(Gan,Howell et al.2001)、生物医药(van Reis andZydney 2007)、工业生产( et al.2009)等领域。然而，微滤膜在结构、性能和制造角度仍面临许多挑战。

微滤膜分离性能取决于孔径分布、孔隙率以及孔结构等特征。具备均一分布的孔结构的微滤膜能够允许特定尺寸的颗粒通过，同时对目标物质实现高效率截留，且能够保持良好的渗透性。Brans等人(2006)制备了孔结构形状可控、分布规律的滤膜，表现出良好的渗透性、截留性和抗污染性能。因此，制备具有高度有序结构的微滤膜，在提升分离膜性能方面具有巨大潜力，已经引起了各国学者关注。

近年来，已经开发出各种多孔膜制备方法，例如模板法(Pietsch,Gindy etal.2009,Xu,Sun et al.2015)、相转换法(Luo,Young et al.2003,Yin,Goldovsky etal.2013)和呼吸图法(Bai,Du et al.2013)等。反蛋白石(IO)是一种典型的光子晶体，呈现出高度有序、三维连通的微孔结构，被广泛应用于医学(Xia,Shang et al.2020,Wang,Sunet al.2022)和光催化(Bakos,Karajz et al.2020,Chen,Wang et al.2021)等领域。有研究通过模板法制备具有类IO结构的微滤膜(He,Fan et al.2023)，首先将聚合物种胶体微球规整排列成晶体，通过牺牲胶体微球模板获得类IO结构的微滤膜，具有可控的微观结构和均匀的孔隙，有利于膜的高精度分离。但该方法制备的膜整体孔径均匀，为了保障较高的截留性能，孔径一般较小，不可避免牺牲一定的渗透性，往往不适合作为微滤膜应用于水处理(Yu,Luo et al.2018)。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不对称类反蛋白石结构微滤膜及其制备方法，制得的微滤膜不仅具有类IO结构特点，如孔径分布均匀，有利于精准分离，还具有三维贯通孔结构孔隙率大、渗透性好的优点。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

本发明的第一个目的是要提供一种不对称类反蛋白石结构微滤膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将SiO₂微球用有机溶剂分散得到SiO₂微球分散液，向SiO₂微球分散液中加入8wt％-15wt％的聚合物，混合均匀得到铸膜液；将铸膜液浇筑于玻璃板上，在恒温80℃烘箱中固化直至有机溶剂挥发，得到聚合物/SiO₂微球复合膜；

S2、将聚合物/SiO₂微球复合膜朝上的玻璃板固定在模具中，用有机溶剂处理聚合物/SiO₂微球复合膜上表面15s-180s，得到不对称聚合物/SiO₂微球复合膜；

S3、将不对称聚合物/SiO₂微球复合膜浸入氢氟酸溶液中去除SiO₂微球，得到不对称类反蛋白石结构微滤膜。