[发明专利]用于油水分离的高亲水并且高疏油的膜

说明书

背景技术

聚合物膜可用于从水分离液滴体积小于150μm的分散油或乳化油。

例如，使用孔径为0.01～0.1μm的超滤(UF)膜处理含油工业废水。见T.Bilstad和E.Espedal的Membrane Separation of Produced Water，Water Science and Technology34(9)，239-246(1996)。UF膜具有严重的膜污染问题。见T.Bilstad和E.Espedal(1996)，S.M.Santos和M.R.Wiesner(1997)。在油以降低膜性能的方式沉积在膜表面上或进入膜的孔隙中时，发生膜污染。这是在处理含油废水中广泛使用UF的主要障碍。

需要耐污膜以有效和经济地使油与水分离。

发明简述

本发明本基于对有效使油与水分离而无显著油污染的高亲水并且高疏油的膜的意外发现。

本发明的一个方面涉及下式的聚合物，其可用于制备本发明的膜：

在该式中，W为卤素，m为10至1000(例如，10至500或10至20)，n为1至1000(例如，5至500或5至10)，x为50至1000(例如，50至500或90至100)，y为1至200(例如，1至100或5至10)，x₁为1至100(例如，5至50或5至10)，y₁为1至100(例如，5至50或5至10)。

如上式所示，该聚合物包含聚偏氟乙烯(“PVDF”)骨架和聚丙烯酸酯侧链。同样如该式所示，每一个侧链包含疏油的末端段(即，全氟烷基)和亲水的内部段(即，聚乙二醇基团)。

本发明的另一方面涉及包含疏水的基质聚合物和亲水并且疏油的功能聚合物的膜。所述功能聚合物包含疏水骨架和侧链，每一个所述侧链都包含疏油的末端段和亲水的内部段。功能聚合物的实例包括但不限于上式涵盖的聚合物。

上述膜可通过包括以下步骤的方法制备：(i)将基质聚合物和功能聚合物溶解在共混溶剂中以获得共混溶液；(ii)将所述共混溶液脱气以获得脱气溶液；以及(iii)将所述脱气溶液浸入凝固液中以形成聚合物膜。若需要，可通过将脱气溶液挤压进凝固液来实施浸入步骤，以形成中空纤维膜。

本发明的膜优选地具有孔径为0.005μm至5μm(例如，0.05μm至0.5μm或0.1μm至0.3μm)，厚度为50μm至1,000μm(例如，100μm至500μm或250μm至350μm)，水接触角为0°至60°(例如，5°至55°或10°至50°)，以及油接触角为40°至100°(例如，40°至95°或40°至90°)。基质聚合物与功能聚合物的重量比广泛地为99∶1至1∶9(例如，95∶5至6∶4或9∶1至7∶3)。

以下说明书中将给出本文一个或更多个实施方案的细节。通过说明书和权利要求书，本发明的其他特征、主题和优点将变得明显。

发明详述

本发明提供了用于使油与水分离的多孔膜。所述膜高度亲水并且高度疏油，允许水通过而截留油。

所述膜可以是平片、中空纤维或珠，其孔径为0.005～5μm，厚度为50～1000μm。

所述膜的亲水性可用水接触角量化，其优选地为0～60°。另一方面，所述膜的疏油性可用油接触角量化，其优选地为40～100°。

所述膜包含基质聚合物和功能聚合物二者。

疏水的基质聚合物为膜提供支撑。基质聚合物的实例包括但不限于：PVDF、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰胺以及这些聚合物中两种或更多种的组合。

作为基质聚合物的PVDF可以是均聚物、共聚物、三元共聚物、高聚物或其组合。其可包含大于70重量％(例如，75重量％或以上)的偏二氟乙烯单元。用作基质聚合物的示例性PVDF共聚物包含71至99重量％的偏二氟乙烯单元和1至29重量％的六氟丙烷单元。可使用的PVDF分子量为1.0×10⁴至1.0×10⁶(优选地1.0×10⁵至1.0×10⁶，更优选地4.0×1o⁵至8.0×10⁵)。通常市售PVDF的分子量为1×10⁵至1×10⁶。例如，Solvay公司的SolefPVDF的分子量为4.0×10⁵至5.5×10⁵。

对于功能聚合物，其包含疏水骨架和亲水并且疏油的侧链。与其侧链一样，功能聚合物亲水并且疏油。