[发明专利]一种双改性Al2O3/PVDF杂化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜材料制备及其改性技术领域，具体涉及一种具有双改性螯合基团聚合杂化膜的制备方法。

背景技术

膜分离是一种用于物质分离、浓缩和提纯的技术手段，它以外界能量作为推动力，借助膜的选择透过性对多个组分的液体或者气体混合物进行分离、富集以及提纯。膜分离工艺流程简单，污染小，节能高效，能够在常温下操作，分离过程无相变，在食品、化工以及水处理等领域广泛运用。

聚偏氟乙烯是一种耐热、耐腐蚀，耐辐射、强度高、韧性好热塑性高分子，因此是制备分离膜的优质材料。然而，聚偏氟乙烯具有较强的疏水性，因此容易产生吸附污染，导致分离性能下降，膜使用寿命缩短，从而制约了其应用。目前，对PVDF膜的改性措施主要采用共混方法而引入亲水性物质，增加膜的抗污染性。但是，由于PVDF强烈的疏水性，与亲水性的第二组分的相容性差，使凝胶过程中两组分容易各自团聚和分相，整个膜结构往往收缩形成较大孔洞，不能形成连续均匀、致密的微观结构，降低其分离性能。直接掺杂无机纳米粒子如Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂的方法来制备杂化膜以提高PVDF膜亲水性，因其制备工艺简单，改性效果好而备受关注，然而直接添加Al₂O₃纳米粒子到PVDF铸膜液中，在制膜过程中容易产生Al₂O₃纳米粒子的团聚，严重影响成膜过程中膜孔的形成，使孔隙率下降，进而影响膜的机械强度及水通量，单纯对Al₂O₃粒子进行改性，再与PVDF进行共混制膜，由于缺乏化学键键合，Al₂O₃粒子与PVDF之间结合不牢固，使用一段时间后容易使无机相流失。

目前对于PVDF基体及Al₂O₃粒子进行同时改性的双改性Al₂O₃/PVDF杂化膜未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种双改性Al₂O₃/PVDF杂化膜及其制备方法，具体是通过对纳米Al₂O₃进行分子接枝改性，形成酸性结合位点，同时对PVDF(聚偏氟乙烯)进行碱性接枝改性，通过过氧化苯甲酰(BPO)的引发作用使无机物Al₂O₃ 与有机物PVDF以化学键结合，采用热致相变法制得高强度，高通量，耐污染的双改性Al₂O₃/PVDF杂化膜，增加膜的分离性能，提高膜机械强度和使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双改性Al₂O₃/PVDF杂化膜的制备方法，首先，通过对纳米Al₂O₃进行分子接枝改性，形成酸性联合位点，同时对PVDF碱性接枝改性；再通过过氧化苯甲酰的引发作用使无机物Al₂O₃与有机物PVDF以化学键结合；最后，通过热致相变法制备双改性Al₂O₃/PVDF杂化膜。

所述纳米Al₂O₃的改性：

(1)将干燥的纳米Al₂O₃粉体与乙醇溶液混合，超声分散，在55-65℃条件下，加入硅烷偶联剂，磁力搅拌，N₂氛围中冷凝回流反应，得到改性后的纳米氧化铝分散液；

(2)将纳米氧化铝分散液离心分离，获得氧化铝沉淀之后，再用无水乙醇充分洗涤，除去未反应的硅烷偶联剂，再离心沉淀，将最终获得的沉淀进行干燥，得到改性纳米Al₂O₃。

所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或2-氰乙基三乙氧基硅烷，所述硅烷偶联剂与纳米Al₂O₃粉体的质量比为(0.25～1):1。

所述超声分散条件为功率为220W，时间为30～50min；所述离心条件为5000～8000r/min。