[发明专利]一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜及制备方法和该复合介孔膜的应用，属膜材料领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(以下简称PVDF)是一种性能优良的高分子材料，具有良好的化学稳定性，因此，PVDF膜的研制受到国内外研究机构的关注。目前PVDF膜已经成功地用于膜蒸馏、气体净化、有机溶剂精制等非水体系，但当其用于水相体系时，聚偏氟乙烯材料的强疏水性会导致两个问题，一是分离过程需要较大的驱动力；二是容易受到蛋白质的污染而使膜通量快速下降。为了降低膜污染，延长寿命和提高通量，使其适于在水处理、生化制药、食品饮料等领域的使用，PVDF膜的亲水化已成为其改性的主要内容。

目前，PVDF膜亲水化改性研究较常用的方法有三种：表面涂覆、表面接枝和共混改性。如申请号为200410024928和201110027380发明专利分别公开了利用表面涂覆和表面接枝亲水改性PVDF。其中，表面涂覆方法效果不稳定；表面接枝法尽管能够取得较好的改性效果，但由于其对生产条件要求较高，同时耗能也较大，因而限制了其在大规模工业生产中的应用。申请号为200910011833的发明专利公开了一种共混改性PVDF亲水性的方法。虽然改性效果不错，但存在粒子在膜内不易分散均匀的问题，且在相分离时无机粒子向水相扩散，富集在膜表面，增强了膜表面亲水性的同时膜断面亲水性增强较小，对膜抗污染性的提升有限。所以需要发展一种新型的PVDF膜改性的方法。

其中，在PVDF膜的三维孔道中直接组装介孔二氧化钛材料来改善其亲水性的方法还未见报道。具有三维结构的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜材料非常独特，有着广阔的应用前途。它在物质的传输方面与具有一维结构的介孔材料相比具有独特的优势，从而使得它无论在催化、分离、传感，还是作为离子吸附剂等方面都具有特别优良的性能。

而本发明正是通过水热法，在PVDF膜的三维孔道中组装介孔二氧化钛材料形成亲水性三维二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；大大提高了PVDF膜的亲水性，并使其具有良好的光催化性能；并将其首次应用于光催化降解有机污染物的研究中。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜。该复合介孔膜具有很好的亲水性、良好的吸附和光催化降解有机污染物的性能。

本发明的目的之二是提供上述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，即采用水热法，在PVDF膜的三维孔道中采用水热法自组装介孔二氧化钛材料。

本发明的技术方案

一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，即在聚偏氟乙烯膜内利用水热法将无机介孔材料二氧化钛自组装在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜内的孔洞中，形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；

所形成的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜，聚偏氟乙烯膜无机介孔材料二氧化钛的量，按质量比即聚偏氟乙烯膜：无机介孔材料二氧化钛为5：1；

所述的聚偏氟乙烯膜具有三维孔道结构，膜厚度约为0.1mm，孔隙率为60%-70%，孔直径100-400nm，平均孔径为220nm。

所述的无机介孔二氧化钛材料的孔径为2-8nm，平均孔径为3.5nm。

上述的一种二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、前驱液的制备

将原料钛酸异丙酯、表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀（以下简称表面活性剂P123）、浓盐酸和无水乙醇进行混合后,室温下搅拌约1h得到原溶液，然后加入为原溶液体积3倍的无水乙醇并混合均匀，得到前驱液；

按照摩尔比计算，上述所得的原溶液中钛酸异丙酯：表面活性剂P123：浓盐酸：无水乙醇为1.0：0.02：2.4：17.5；

（2）、水热法进行无机介孔二氧化钛材料自组装

把一张空白聚偏氟乙烯膜平铺在聚丙烯容器盒中，吸取3mL步骤（1）获得的前驱液滴入其中，加盖室温放置24h；

然后将上述容器盖子除去并将其放入略大的聚丙烯容器盒中，加盖密封后，置于恒温水浴锅中，利用水热装置，使得前驱液在具有三维孔道结构的聚偏氟乙烯膜的孔洞内蒸发诱导自组装，自组装过程控制温度为60℃，时间为24h，待到聚丙烯盒内前驱液完全挥发后，即得含有表面活性剂P123的二氧化钛/聚偏氟乙烯复合介孔膜；

（3）、表面活性剂P123的洗脱