[发明专利]PVDF多孔薄膜的亲水改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的改性方法。

背景技术

水是生命之本，是人类生存和发展的必备条件。近年来，随着社会经济的快速发展，我国每年的城市污水排放量都达到200多亿立方米，而污水处理率还不足10％，一些北方重工业城市和东南沿海城市的水资源短缺和环境污染问题更加突出。因而，提高水资源的可循环利用水平，推动水处理技术的发展具有重要的实际意义。

采用膜技术进行水处理，利用水溶液(原水)中的水分子能够透过分离膜，而溶质或其他杂质不能透过分离膜的特点，在外力作用下对水溶液(原水)进行分离，可以有效提高水质，获得纯净的水。膜技术具有占地面积较小、运行能耗低、污染物去除效果好、不会对环境产生二次污染等优点，作为解决当前资源与环境问题的高新技术已成为水处理领域的优选方法。

聚偏氟乙烯(PVDF)因具有优良的耐候性、耐热性、耐酸碱性，成膜过程条件易控制并且力学性能好等优点，是目前水处理分离膜制备过程中应用最广泛的膜材料。PVDF膜表面能低，具有较强的疏水性，在水处理分离过程中会导致两方面问题：一是分离过程需要较大的驱动力，通量低，平均孔径为0.2μm的PVDF微滤膜，在0.1MPa压差下的水通量为0；二是在分离油/水体系过程中，有机污染物(蛋白质等)容易吸附在膜表面或膜孔内而造成膜污染，导致膜分离性能下降，水通量减小，降低膜的使用寿命。因此，就有必要对PVDF分离膜进行物理或化学改性，提高PVDF膜的亲水性，增强膜的抗污染性，从而延长PVDF水处理分离膜的使用寿命、拓展其应用领域。

目前对PVDF膜的改性方法大致可分为两大类：膜表面改性和本体改性。表面改性又包括表面涂覆改性、表面化学处理改性、表面接技改性等。表面涂覆改性操作简单，容易实现，能够明显提高薄膜的亲水性，但在薄膜使用过程中涂覆层容易脱落，随着时间延长，改性效果逐渐丧失；表面化学处理改性通常使用强碱、强氧化剂处理膜体，对膜本体损伤较大，而且在表面形成的极性基团也会逐渐随高分子链运动迁移到膜表面以下，丧失改性效果；等离子体、电子束、紫外光等辐照表面接技改性研究得比较多，但使用的仪器设备复杂，成本高，表面接技的高分子链可控性差，容易导致膜截留率、通量等性能发生不可估计的变化。而且这种改性方法多数也仅是对膜表面改性，不能达到对膜内孔壁的改性目的。因此，需要一种更加经济、高效且操作简单方便的改性技术实现对PVDF膜的亲水改性。

共混改性是成膜与改性同步进行的一种本体改性方法，选择具有不同功能的有机聚合物与PVDF共混，可以通过改变共混聚合物的用量有效调控薄膜的性能。共混改性简单方便，不需要繁琐的后处理步骤，更适合工业化生产。此外，改性剂能同时覆盖膜表面和膜孔内壁，不会引起膜结构的破坏。近年来大量研究工作者采用将PVDF与两亲性聚合物共混，制得具有稳定亲水性能的PVDF共混膜。王建宇等通过原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了PMMA-b-PEO，借助于疏水链段PMMA与PVDF的良好相容性，与PVDF疏水基体形成强相互作用，产生物理缠结，使两亲性聚合物稳定在膜中；同时利用亲水链段与水的亲和作用，在相转化法成膜过程中，牵引两亲性聚合物向膜(或孔)表面迁移，达到亲水改性的目的，但原子转移自由机聚合合成步骤复杂，成本高，不利于大型工业化生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决PVDF多孔薄膜疏水性强，分离过程需要驱动力大，水通量低，使用过程中易污染的技术问题，提供了一种PVDF多孔薄膜的亲水改性方法。

PVDF多孔薄膜的亲水改性方法如下：

一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸置于烧杯中，加入二甲基甲酰胺，搅拌得到2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量浓度为20-40％的溶液；

二、将甲基丙烯酸甲酯按照2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与甲基丙烯酸甲酯的物质的量比为2:1的比例加入到步骤一得到的溶液中，然后加入偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈加入量是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸甲酯总质量的5‰-1％，得到反应体系；

三、将反应体系加热至65-75℃，然后在65-75℃边加热边搅拌5h，冷却至室温，减压蒸馏，得到减压蒸馏后的聚合物溶液；

四、将减压蒸馏后的聚合物溶液倒入沉淀剂中在0℃的条件下搅拌得到沉淀物，将沉淀物在50℃干燥至质量不再减少，得到共聚物；

五、将0.35-0.71g共聚物、2g-4g聚偏氟乙烯、0.13-1.13g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到15-25g二甲基甲酰胺中，在室温至60℃的条件下磁力搅拌5-12h，冷却至室温，静置24h，得到铸膜液；