[发明专利]一种具有高渗透性的pH响应的两亲接枝共聚物均孔超滤膜的制备及应用

说明书

本发明公开了一种具有pH响应的两亲接枝共聚物均孔超滤膜及其制备方法和应用，其制备方法如下：1)将亲水性单体通过原子转移自由基聚合(ATRP)接枝到疏水性聚合物上，制备具有pH响应的两亲接枝共聚物。2)将所述共聚物通过非溶剂相转化法直接制备pH响应两亲接枝共聚物均孔超滤膜。本发明的工艺简单，可实现大规模工业生产。本发明制得的pH响应两亲均孔滤膜采用两亲接枝共聚物胶束自组装制备成膜，具有更窄的孔径分布，更高的选择性和渗透性。此外，该均孔滤膜具有较高的抗污性以及可以有效过滤纳米塑料，在pH＝3～11之间可以进行有效的孔径调控，实现污染物的分级截留以及筛分回收。

技术领域

本发明属于环境高分子材料制备技术领域，设计一种两亲接枝共聚物均孔滤膜，具体涉及一种pH响应性侧链作为亲水段的两亲接枝共聚物膜的制备方法。

背景技术

随着全球人口的增加和工业水平提高，需水量持续增加，供水不足成为制约社会进步阻力。因此，如何高效、低成本地对污水进行处理引发了人们的关注。在水处理中，滤膜能够在外部驱动、密度差或者浓度差驱动下对不同微观尺度的物质实现选择性分离。膜分离技术具有节能、操作简便、效率高、低成本等功能，成为目前水处理领域发展最为迅速、应用最为广泛的技术之一。

聚偏氟乙烯类滤膜在应用过程中具有耐化学稳定性、抗氧化性等优点，已经在水处理和物质分离等领域中广泛应用。但是因为聚偏氟乙烯具有较强的疏水性，使得使用过程中易污染，而且由于成膜材料和方法限制，滤膜有效孔径分布较宽，导致选择性低，分离效果差，因此采用两亲接枝共聚物自组装制备成膜，实现膜的亲水性改性和均一孔径。另外，当前水处理中污染物多样化，多种类，不同大小污染物制约膜技术的广泛应用。单单一张滤膜无法精准调控过滤不同分子尺度的污染物。刺激响应膜可通过响应周围条件(例如磁场，电场，pH，温度，光)实现孔径的自我调节，这些条件可广泛应用于化学领域药物控制释放，水处理和传感器。pH响应膜的能耗更低，操作更简单，并且更适合实际水处理。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于简单易行的制备了一种具有pH响应性的高通量抗污均孔超滤膜的方法，解决传统滤膜抗污性差，选择性低，以及对膜孔的功能化控制不足和纳米塑料分级截留应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有pH响应的两亲接枝共聚物均孔超滤膜制备方法，以疏水聚合物为骨架，通过ATRP接枝单体制备pH响应聚合物，通过非溶剂相转化法制备具有pH响应的两亲接枝共聚物均孔超滤膜。具体制备方法包含以下步骤：

将疏水聚合物、单体、催化剂、配体溶入第一极性溶剂中形成溶液，其中疏水聚合物与单体配比为1：2.6(g/m)，疏水聚合物与催化剂的质量比为1:0.13，单体和配体的体积比为2.6:0.29，然后通过抽真空-通氮气三个循环操作保证无水无氧条件，加热55～95℃搅拌4～24h，之后将溶液稀释至不粘稠，得到聚合物溶液，将聚合物溶液逐滴滴入甲醇-水混合溶液(体积1:1)中沉淀，过滤收集沉淀，冷冻干燥至恒重获得pH响应两亲接枝聚合物。

将质量分数12～18％的pH响应两亲接枝聚合物溶解于第二极性溶剂中，在60℃下加热搅拌12～24h，静置脱泡，得到均相铸膜液；将铸膜液均匀的倒在干燥、洁净的玻璃板上，用刮刀匀速刮制出液态膜，然后将其浸入凝固浴中，通过非溶剂诱导相转变法制备pH响应滤膜，定期换水以除去溶剂，所制备的膜浸泡在蒸馏水中备用。

进一步地，疏水聚合物为含有C-H、C-Cl、C-Br中一种或多种结构的含氟高分子聚合物，具体为聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物(P(VDF-CTFE))或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))，优选为偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物(P(VDF-CTFE))，如下所示。

其中：x＝1000-10000，y＝100-1000。

进一步地，单体为甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、4-乙烯吡啶中的其中一种单体，优选为甲基丙烯酸叔丁酯。