[发明专利]一种气体辅助成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，具体为一种气体辅助成膜方法，该方法在相转化成膜时，通过化学发泡产生气体来提高高分子多孔膜的性能。

背景技术

自1960年Loeb和sourirajan利用相转化法制备出了不对称结构的反渗透膜以来，这种制膜方法就逐渐成为了使用范围最广的制膜手段。高分子多孔膜具有优良的分离性能和良好的机械稳定性而被广泛应用，但是成膜时必须添加致孔剂以提高膜的孔隙率，否则其水通量较小，限制了它的应用。随着化工生产等诸多领域对膜性能的要求不断提高，研究者对提高高分子膜水通量的探索从未停止。目前，主要改性方法集中在高分子原料的改性和添加剂的加入，一般在铸膜液中加入的高分子成孔剂有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）、甲基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺等，非溶剂有乙二醇、丙二醇、乙二醇单甲醚等，表面活性剂有十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等，无机盐有氯化锂、硝酸钠、氯化铵等，可显著提高高分子中空纤维膜的孔隙率和水通量，但是添加剂的加入，部分滞留在膜中，导致过滤时造成二次污染，并使膜结构和孔尺寸发生变化，从而使膜的强度降低，使用寿命缩短。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种气体辅助成膜方法。该方法以化学发泡产生气体辅助相分离成膜，形成具有高孔隙率的高分子膜。该方法具有方法简单，膜孔尺寸可控，不需要添加高分子或表面活性剂作为致孔剂，所得膜无添加剂残留，结构稳定，质量提高等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：提供一种气体辅助成膜方法。该方法具体包括下述工艺步骤： 

（1）配制铸膜液：铸膜液的质量百分比组成是：成膜高分子15-30%和溶剂85-70%，其中成膜高分子包含成膜高分子质量0.1-20%的发泡剂；将成膜高分子和发泡剂加入到溶剂中，在20-60℃温度下搅拌2-20小时，充分溶解混匀后，即得到铸膜液；

所述成膜高分子为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯或聚丙烯腈；

所述发泡剂为化学氢化物，包括硼氢化钠、氨硼烷、硼氢化锂或四氢铝钠；碳酸盐或碳酸氢盐以及铵盐；

所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮或四氢呋喃，或其任意比例的混合溶液；

（2）凝固成形：所得铸膜液静置脱泡12-36小时后，刮制成平板膜；然后在空气中放置10-30秒后，将所刮制的膜放入凝固液中凝固成形即得；所述凝固液的质量百分比组成为2-10%的可以催化发泡剂反应的催化剂和98-90%的蒸馏水；所述催化剂为金属盐，包括氯化钴、氯化镍或醋酸钯；无机酸，包括盐酸、硫酸和硝酸；有机酸和碳纳米管。

本发明解决所述技术问题的另一技术方案是：提供一种气体辅助成膜方法。该方法具体包括下述工艺步骤：

（1）配制铸膜液：铸膜液的质量百分比组成是：成膜高分子30-15%和溶剂70-85%，其中成膜高分子包含成膜高分子质量2-10%的可以催化发泡剂反应的催化剂，将成膜高分子和催化剂加入到溶剂中，在20-60℃温度下搅拌2-20小时，充分溶解混合均匀后，即得到铸膜液；

所述成膜高分子为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯或聚丙烯腈；

所述催化剂为金属盐，包括氯化钴、氯化镍或醋酸钯；无机酸，包括盐酸、硫酸和硝酸；有机酸和碳纳米管；

所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮或四氢呋喃，或其任意比例的混合溶液；

（2）凝固成形：所述铸膜液静置脱泡12-36小时后，刮制成平板膜；然后在空气中放置10-30秒后，将所刮制的膜放入凝固液中凝固成形；凝固液为含有发泡剂的水溶液，发泡剂质量为成膜高分子质量的0.1-20%；所述发泡剂为化学氢化物，包括硼氢化钠、氨硼烷、硼氢化锂或四氢铝钠；碳酸盐或碳酸氢盐以及铵盐。

 与现有技术相比，本发明成膜方法的有益效果是：根据化学发泡产生气体的性质，在铸膜液中加入发泡剂，通过气体辅助相转化成膜的方法，制备出具有高孔隙率的高分子膜，为制备高孔隙率的高分子膜提供了更为简便实用的技术。气体辅助法成膜无需加入致孔剂，因此亦无致孔剂的残留，所用的发泡剂种类繁多，选择面广，反应迅速完全，且成膜后发泡剂可以全部从膜中除去，可以方便地控制发泡剂的含量和催化剂催化能力来控制膜的孔隙率和膜孔结构和尺寸，提高成膜的性能和质量。

具体实施方式

以下结合实施例进一步叙述本发明。

本发明设计了一种气体辅助成膜方法（简称方法），该方法具体包括下述工艺步骤: