[发明专利]一种原位制备Al(Zr)-PVDF杂化膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别是一种原位制备Al(Zr)-PVDF杂化膜的方法。

背景技术

自1996年Doyen W和I.Genne把陶瓷ZrO₂ 粉体添充到聚砜中，采用相转化工艺制得氧化物/聚合物复合膜以来，将无机纳米粒子引入到有机膜中的无机/有机复合膜的研究开发已经成为本领域的重要研究方向和发展趋势。无机/有机复合膜不但集中了有机膜柔韧性好，成膜性能好的特点和无机膜机械强度高，稳定性好，耐化学和生物侵蚀，使用寿命长，并且抗积垢易清洗的特点，而且弥补了有机膜机械强度不好，化学稳定性差，大多不耐高温、酸碱和有机溶剂等，并且易积垢堵塞，不易清洗的缺陷和无机膜材质的脆性和低的加工集成度、高的设备投资成本的缺陷。无机/有机复合膜常用的无机纳米粒子有二氧化硅(SiO₂)，氧化铝(Al₂O₃)，四氧化三铁(Fe₃O₄)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)等，由于Al₂O₃和ZrO₂具有良好的机械性能、相对更好的化学稳定性和较好的亲水性，将氧化铝或氧化锆纳米粒子引入到有机材料中制备无机/有机复合膜的研究尤为得到关注。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有优良的分离性能及化学和热稳定性，近年来在膜分离技术中逐渐得到人们的重视。PVDF最突出的特点是具有极强的疏水性，因而使其在膜蒸馏过程和膜萃取过程中倍受青睐。这是亲水性膜材料所无法比拟的，但这也是制约PVDF膜在很多领域大规模应用的主要因素，尤其是应用在油水分离、蛋白类药物分离等方面时，PVDF树脂由于表面能极低，有极强的憎水性，易产生吸附污染，使膜通量和截留率两项主要分离指标下降，降低了膜的使用寿命。最近，国内外已开展将Al₂O₃或ZrO₂纳米粒子通过共混的方法引入PVDF材料中，制备出了水通量有较大提高的有机无机复合膜。然而，由于纳米粒子之间相互作用力非常强，通过共混的方法制备的无机有机复合膜，存在无机纳米粒子易团聚，分布不均一的问题，以至于膜的分离性能和抗污染性大大降低。为了避免团聚，已有学者采用传统的溶胶-凝胶技术与相转化法相结合原位制备Al₂O₃-PVDF复合膜，在制膜过程中，首先将金属醇盐像异丙醇铝等与PVDF混合，经水解和缩聚反应后制备出Al₂O₃-PVDF复合膜。这种方法存在操作复杂、水解反应难控制以及成本高的问题，限制了其在无机/有机复合膜制备过程中的应用。

 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种操作简便的原位制备Al(Zr)-PVDF杂化膜的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种原位制备Al(Zr)-PVDF杂化膜的方法，包括以下步骤：

步骤1、将Al和/或Zr的无机盐溶解于铸膜溶剂中；

步骤2、往步骤1的溶剂中加入阴离子交换树脂并进行阴离子检测；利用阴离子交换树脂提供的OH^-与无机盐的阴离子进行交换，直至Al和/或Zr的无机盐的阴离子在铸膜溶剂中未检出为止；

步骤3、滤去溶剂中的阴离子交换树脂，得到无机物种均匀分散的有机溶剂溶胶体系；

步骤4、将PVDF聚合物溶解到步骤3所得到的有机溶胶中，获得均一、透明的铸膜液；

步骤5、经传统的相转化制膜工艺中静置、刮膜、胶凝阶段，最终得到含Al(Zr)的PVDF复合膜。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）该方法将纳米粒子的原位制备和相转化成膜过程有机结合，解决了传统纳米粒子填充方法所面临的纳米颗粒易团聚、亲水性粒子在疏水聚合物基体中分散性差的技术问题。2）所得的复合膜，无机纳米粒子粒径小且分散均匀，亲水性能提高显著。3）本发明具有操作简便，成本低，设备要求低等优点，所得膜具有更好的亲水性和抗污染能力。4）本发明制备的膜可直接应用于环保、化工、食品、医药等领域的分离过程，也作为底膜用于制备气体分离用膜。

具体实施方式

本发明的一种原位制备Al(Zr)-PVDF杂化膜的方法，包括以下步骤：