[发明专利]一种表面接枝两性离子制备亲水-疏水复合膜的方法

说明书

本发明公开了一种表面接枝两性离子制备亲水‑疏水复合膜的方法，包括PVDF膜表面羟基化、接枝溶液的制备和亲水‑疏水复合膜的制备，本发明能在PVDF基膜上形成一层纳米级的超亲水表面，亲水涂层对基膜没有损伤，涂层表面静态接触角由基膜98°下降至46°，经过70℃下超声波清洗器超声处理180min，接枝的亲水层依然稳定存在。此外，亲水‑疏水复合膜渗透侧亲水改性后将会促进膜对水分子吸附从而提高膜蒸馏过程的通量，而对膜表面进料侧形成亲水层可以更有效地防止污垢或污物引起的润湿，耐污染能力更高。

技术领域

本发明涉及制备亲水-疏水复合膜方法领域，特别是涉及一种表面接枝两性离子制备亲水-疏水复合膜的方法。

背景技术

目前，不断增长的人口和工业化进程给世界淡水资源带来了越来越大的压力。据统计，世界上超过六分之一的人口无法获得饮用水水源。含盐水(海水、微咸水和高盐度工业废水)的有效处理对于保证水资源的充足和安全供应，保证经济和环境的可持续发展具有重要意义。膜蒸馏(MD)是一种以膜为基础的热驱动脱盐技术，具有占地面积小、分离效率高、操作条件温和等众多优点，在海水淡化和高盐度工业废水处理领域有着广阔的应用前景。但至今膜蒸馏技术还没有得到大型的工业化应用，制约其工业化发展的主要因素是膜污染问题与膜通量较低问题，因此，制备高通量且耐污染的新型膜蒸馏用膜是目前该领域亟需解决的关键问题。

目前，新型耐污染的膜蒸馏用膜主要有超疏水膜、全疏性膜、亲水-疏水复合膜。其中，超疏水膜本质上增强了抗湿性，但由于膜与污染物之间作用力而造成的结垢是不可避免的，从长远来看会降低MD性能。全疏性膜由于其特殊的结构，对表面活性剂诱导的润湿具有很强的抵抗能力，但仍然存在油污染问题，长时间运行后通量明显下降。亲水-疏水复合膜渗透侧亲水改性后将会促进膜对水分子吸附从而提高膜蒸馏过程的通量。而对膜表面进料侧形成亲水改性层可以更有效地防止污垢或污物引起的润湿。口

过去的研究中主要有两类亲水性材料：(i)常规亲水性材料，例如PEG、壳聚糖、二氧化钛、二氧化硅等，以及(ii)两性离子分子，其中两性离子分子由于均匀分布的阴离子和阳离子部分数量相同，导致形成了比其他亲水性材料更致密，更紧密的水合层，因此两性离子聚合物具有超亲水性。目前常用的亲水-疏水复合膜制备方法有：表面涂覆法，等离子体技术，静电纺丝法等。然而，这些制造技术是在严格的操作条件和复杂的操作技术下进行的，这限制了它们的实际应用。此外，亲水表面的耐久性和长期稳定性也是亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了表面接枝制备亲水-疏水复合膜的方法，在聚偏氟乙烯(PVDF、)基膜上形成一层致密的的超亲水表面，制备出亲水-疏水复合膜，接枝的亲水层对基膜没有损伤，耐污染性能优异。

本发明通过如下技术方案实现：

一种表面接枝两性离子制备亲水-疏水复合膜的方法，包括如下步骤：

(1)PVDF膜表面羟基化：

将干燥的PVDF基膜与Fenton溶液置于反应器中，于45-55℃水浴中进行Fenton反应0.5-2.5h，待反应结束后，取出膜，用稀硫酸和去离子水清洗，最后将膜在烘箱中烘干，即得改性膜PVDF-OH；

由于PVDF基膜的化学惰性，难以将足够的活性位点引入到PVDF基膜上，因此PVDF基膜需要预先激活，将反应基团引入其表面，利用Fenton溶液的强氧化性在PVDF基膜表面形成羟基基团，为接枝聚两性离子提供了活性位点。

(2)接枝溶液的制备：

将硝酸铈铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸磺基甜菜碱、硝酸和纯水依次加入反应器中混匀，制备接枝溶液，其中，所述硝酸铈铵、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸磺基甜菜碱、硝酸的摩尔比为硝酸铈铵∶N，N-亚甲基双丙烯酰胺∶甲基丙烯酸磺基甜菜碱∶硝酸＝1∶(1-1.3)∶(11-12)∶(3-3.5)；