[发明专利]一种强亲水性聚偏氟乙烯复合介孔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有强亲水性的聚偏氟乙烯复合介孔膜及其制备方法和该复合膜的应用，属膜材料领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)膜由于具有良好的耐冲击性、耐磨性、耐腐蚀性、化学稳定性以及韧性高和拉伸强度好而成为目前首选的膜材料之一，但是由于聚偏氟乙烯膜的表面能低，有极强的疏水性，属于增水性膜，所以无法用于水体净化、水溶液中天然产物有效成分的吸附、分离和浓缩。为了提高膜的使用性能，近年来，对其进行亲水化改性使其可应用于水溶液处理的研究引起了人们的关注。例如在聚偏氟乙烯膜中填充粉体纳米SiO₂材料提高其亲水性能，《膜科学与技术》杂志2007年第27卷第6期上的“填充纳米SiO₂对聚偏氟乙烯膜性能的影响”一文中公开了一种通过溶胶-凝胶技术在聚偏氟乙烯膜中组装表面经过改性的二氧化硅纳米粒子制备复合膜的合成方法。虽然该方法能够避免二氧化硅纳米粒子的团聚并提高了聚偏氟乙烯膜的亲水性，然而，这种合成方法的不足之处在于：过程烦琐，耗时长因而能耗高且效率低(制备一张复合膜耗时56～87小时)。因此为了提高合成速率和效率，减小能耗，有必要尝试采用其它更有效的合成方法制备具有强亲水性的聚偏氟乙烯复合膜。

本申请人的一种有机无机复合介孔膜的制备方法及其应用(专利申请号：201010152255.1)，使用多孔聚碳酸酯膜作为模板制备有机无机复合介孔膜，该膜的成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中合成亲水性聚偏氟乙烯膜的合成方法所存在的过程烦琐，耗时长因而能耗高且效率低等缺陷以及降低有机无机复合介孔膜的合成成本，提供一种更加简便、快速、高效且成本低廉的合成方法，并探索亲水性聚偏氟乙烯膜在水相溶液中生物酶吸附包埋中的新用途。

本发明的技术方案

一种强亲水性聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)、前驱液的制备

将原料无水乙醇，HCl和去离子水按照摩尔比0.31∶1.2×10^-3∶0.11投料混合均匀后置于三颈烧瓶中，然后，在缓慢搅拌状态下形成混合液C，其中HCl用浓度为12mol/L的盐酸溶液配制；

往上述混合液C中添加1.7×10^-4mol非离子型表面活性剂表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)，直至P123全部溶解，并将盛有该混合溶液C的三颈烧瓶置于油浴中，在60℃的温度下，缓慢搅拌反应1h后，再逐渐滴加0.10mol的正硅酸乙酯，并且在60℃的油浴温度下搅拌老化12h，然后冷却至室温25℃即得到含P123的前驱液；

其中非离子型表面活性剂P123还可以选用F127；

(2)、微波合成

取制备步骤(1)获得的含有P123的前驱液盛于一个或多个小微波盒中，每个小微波盒内前驱液体积为3～6ml，然后每一小微波盒内的前驱液中分别放置一张聚偏氟乙烯膜，并且该一个或多个小微波盒不加盖，将上述盛有膜和前驱液的微波盒置于另一空的、直径和体积更大的微波盒中，并盖上与直径和体积更大的微波盒配套的盒盖；接着将其置于微波辅助合成/萃取反应仪的微波反应室内，在200～800W微波功率的作用下，控制反应温度为40℃～100℃，微波反应10～30分钟，等到不加盖的小微波盒内前驱液完全挥发后，即得一张或者多张含有表面活性剂P123的聚偏氟乙烯复合介孔膜；

所述的聚偏氟乙烯膜直径50mm，孔直径220nm；

所述的微波盒为聚丙烯材料；

(3)、膜内表面活性剂的洗脱

将步骤(2)制备的含有表面活性剂P123的聚偏氟乙烯复合介孔膜置于质量百分比浓度37.5％的浓盐酸和无水乙醇按体积比为1∶5所组成的混合溶液中，在60～80℃恒温油浴下，浸泡2～3h以萃取洗脱膜内的表面活性剂P123，后分别用去离子水和95％乙醇洗涤3次，最后将聚偏氟乙烯复合介孔膜置于60℃烘箱中干燥3h后，即得本发明的聚偏氟乙烯复合介孔膜。所得的聚偏氟乙烯复合介孔膜内的介孔材料的孔径直径为6.0nm。

本发明的技术效果