[发明专利]一种疏水性分离膜材料表面超亲水改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于分离膜改性领域，具体涉及分离膜表面的超亲水改性，通过在疏水性分离膜表面构筑有机无机层状包夹构造，制备超亲水膜表面。

背景技术

近年来，分离膜在水资源开发利用方面发挥了越来越多的作用，包括污水处理、海水淡化、超纯水制备等方面，并且在化工、食品、医疗、新能源等领域也具有极大的应用市场，越来越被大众熟知。常用的分离膜材料有聚丙烯(PP)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，主要为疏水性的高分子材料，此类材料具有较好的机械稳定性、热稳定性、化学稳定性和易加工成型的特性，因此也促使商用分离膜中很大一部分为疏水性分离膜材料。但是具有较低表面能的疏水性膜材料在实际分离应用如污水处理、饮用水净化等方面不可避免的存在膜污染的问题，因为其疏水表面极易与分离环境中的蛋白质、胶体、生物大分子等污染物产生疏水作用，使其粘附并聚集在膜表面和膜孔内，造成分离膜本身分离性能的持续下降，使其使用寿命缩短。另外膜表面的疏水作用使水分子透过膜时的阻力较大，增加了分离能耗。以上两方面原因大大增加了疏水性分离膜在实际使用中的运营成本，限制了其进一步推广应用。

为解决上述问题，现阶段除通过优化膜组件和操作条件外，对分离膜材料进行表面亲水改性成为科研工作者研究的热点。大量的研究表明，膜表面的亲水性增加，有利于水分子优先吸附在膜表面并透过膜，并有利于在膜表面形成亲水层结构，形成膜表面保护性近水层构造，可以将各类大分子污染物排斥开来，有效的减少膜实际应用中的污染程度，延长其使用寿命。对膜表面进行超亲水改性，则能最大程度上改善疏水性分离膜面临的膜污染问题，提升其分离效率。

现阶段对分离膜的表面亲水改性方主要以共混两亲性嵌段共聚物、表面接枝亲水聚合物和表面涂覆为主，上述方法存在着改性后亲水效果不明显，改性条件苛刻，改性效果不均匀，不利于规模化生产等各种不利因素。本发明中使用的等离子体技术可以保留材料本体特性的同时均匀的作用于膜材料最表层，使惰性膜表面生成可反应性活性位点，并利用极易发生作用的静电吸附原理，将亲水的聚阴离子电解质海藻酸钠和带正电的改性亲水性二氧化硅纳米粒子有序的引入到膜表面，并能有效的避免纳米粒子极易产生的大规模团聚问题，在膜表面形成均匀分布的纳米二氧化硅超亲水层，实现对疏水性膜材料的表面超亲水改性。

发明内容

本发明的目的是提供一种对疏水性分离膜材料进行表面超亲水改性的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种疏水性分离膜材料表面超亲水改性的方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将疏水性分离膜置于等离子体装置中，进行表面等离子体放电处理，后置于空气中进行氧化，生成活性反应位点；

第二步：将经第一步处理后的膜置于均苯三甲酰氯的甲苯溶液中进行反应，反应后取出进行第三步；

第三步：将膜先后置于端氨基改性的亲水二氧化硅纳米粒子的甲苯溶液和海藻酸钠水溶液中，得到改性后的疏水性分离膜。

优选地，所述的疏水性分离膜材料表面超亲水改性的方法还包括：

第四步：重复进行第三步直到得到需要的表面包夹层数，最后将膜置于蒸馏水中充分清洗。

更优选地，所述的重复次数不小于3次。

优选地，所述的第一步中的等离子体装置为低压或者常压等离子体设备，放电功率50～500瓦，放电处理时间为10～300秒。

优选地，所述的第一步中的氧化时间为10～120分钟。

优选地，所述的第一步中的疏水性分离膜为PP、PES、PSF、PVDF或PTFE膜。

优选地，所述的第二步中的均苯三甲酰氯的甲苯溶液的重量浓度为0.1％～1％。

优选地，所述的第三步中的亲水二氧化硅纳米粒子的甲苯溶液的重量浓度为0.5％～2％，海藻酸钠水溶液的重量浓度为0.1％～1％。

优选地，将膜置于端氨基改性的亲水二氧化硅纳米粒子的甲苯溶液或海藻酸钠水溶液之后，需用纯乙醇溶液对膜进行清洗，去除膜表面和孔道内多余的甲苯或水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过等离子体技术对疏水性分离膜进行表面预处理，引入反应位点，并引入均苯三甲酰氯进一步活化表面，最后交替在表面氨基改性的亲水二氧化硅纳米粒子溶液和海藻酸钠溶液中进行反应吸附，制备膜表面覆盖有机无机包夹构造的超亲水纳米粒子层，实现疏水分离膜表面的超亲水改性，从而降低疏水分离膜的应用能耗并提升其抗污性能。是一种简单易行、节能环保、适用于进行规模化生产的膜表面改性方法。

具体实施方式