[发明专利]一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性膜制备方法

说明书

本发明提供一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性复合膜制备方法，包括：(1)提供多孔导电基底；(2)提供电解质溶液，将步骤(1)所述基底浸没于电解质溶液中；(3)所述基底上施加正电位，引发电聚合反应，使聚合物在基底表面原位生长，得到电聚合基膜；(4)提供氧化石墨烯掺杂的电解质溶液，将步骤(3)所述电聚合基膜浸没在电解质溶液中；(5)在电聚合基膜上施加正电位，引发电聚合反应，使氧化石墨烯掺杂的聚合物在表面原位生长，得到梯级结构可控的复合膜。本发明制得的复合膜具有表面形貌可控、亲疏水性可控以及化学组成可控的特性，在膜法水处理领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于电致梯级形貌调控的特种亲疏水性膜的制备方法。

背景技术

水污染和水资源短缺是人类面临最严峻的生存危机之一。污水再生利用是缓解世界性水环境问题的重要策略。膜法水处理技术因具有出水水质好、处理效率高以及占地面积小等优点，是21世纪污水回用的主流技术之一。膜法水处理技术通常包括微滤、超滤、纳滤以及反渗透等，其中超微滤技术可以有效去除水中的悬浮物、胶体以及病原微生物等，运行成本显著低于纳滤和反渗透等高压膜分离技术，并且常用作纳滤和反渗透等的预处理工艺，是最具应用前景的膜法水处理技术之一。膜污染问题是限制膜技术发展的瓶颈问题。通常，增强膜的亲水性有利于减缓运行阶段膜污染的发生，而增强膜的疏水性有利于提升清洗阶段膜污染的清洗效率。但是，由于膜材料自身固有单一亲/疏水性以及不可变表面微纳结构的限制，常规膜材料不具备在运行过程中根据不同操作阶段的需求实现亲水性-疏水性灵活转换的能力，从而限制了处理效率的提升。利用金属材料、碳基材料或导电共轭聚合物材料等制备导电膜，并基于电化学或电吸附过程可实现对膜表面形貌和亲疏水性的调控，具有制备亲疏水性可调控的抗污染膜的潜力，对于提升膜分离技术应用竞争力具有重要意义。

在导电膜制备方面，现有报道主要集中在膜基材与纳米颗粒、两性共聚物共混，膜表面通过物理或化学作用引入亲水性物质以及借助电化学反应等调控膜界面溶液环境三个方面。例如，徐志伟等人(授权公告号：CN 103084074 B)公开了一种亲水性聚偏氟乙烯改性分离膜及其制备方法，将聚偏氟乙烯与质量1％-5％氧化碳纳米管与氧化石墨烯混合物进行共混，制备亲水性聚偏氟乙烯；李建华等人(授权公告号：CN 104548961 B)公开了一种亲水性抗污染聚偏氟乙烯膜的制备方法，利用聚偏氟乙烯原膜表面的氟原子为引发点，采用原子自由基转移聚合法在聚偏氟乙烯原膜表面接枝亲水性抗污染单体；胡继文(授权公告号：CN103585901B)公开了一种自组装亲水性聚砜膜及其制备方法和应用，通过将两亲性二元分子刷与膜基材共混，由相转移法得到在膜表面和膜孔分布亲水官能团的膜。

根据Wenzel界面张力理论，膜表面的亲疏水性除了与材料自身化学组成有关外，还取决于膜表面的微纳结构。现有的导电膜制备方法仍难以实现微米尺度的梯级结构调控。

发明内容

本发明旨在解决现有膜分离技术中，传统分离膜材料因表面亲疏水性和微纳结构单一而限制其抗污染性能与选择性截留性能进一步提升的问题。基于共轭聚合物电致形貌转换机理，制备表面微纳形貌和化学组成可调的功能膜，为改善分离膜表面亲疏水性能与截留性能提供有效帮助，为实现膜表面膜污染强化控制提供一种新的膜材料制备与膜污染控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供多孔导电基底；

(2)提供电解质溶液，将步骤(1)所述导电基底浸没于电解质溶液中；

(3)在步骤(2)所述导电基底上施加正电位，引发电聚合反应，使聚合物在所述基底表面原位生长，得到电聚合基膜；

(4)提供氧化石墨烯掺杂的电解质溶液，将步骤(3)所述电聚合基膜浸没在所述氧化石墨烯掺杂的电解质溶液中；

(5)在步骤(4)所述电聚合基膜上施加正电位，引发电聚合反应，使氧化石墨烯掺杂的聚合物在所述电聚合基膜表面原位生长，得到梯级结构和化学组成可调的复合膜。