[发明专利]一种耐污染微滤膜的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种耐污染微滤膜的制备方法。该制备方法可对微滤基膜进行疏水改性，如旋涂、浸涂、喷涂、动态过滤等，提高膜表面的抗污染效果。改性液包括：含低表面能的热固型树脂、溶剂和添加剂。通过旋涂、浸涂、喷涂、动态过滤等改性方法，将配制好的改性液附着在基膜表面，在室温或高温下进行溶剂挥发，改性液中的低表面能的热固型树脂可在膜表面和孔道内部发生交联反应，形成抗污染复合层。这种简易的改性操作可实现耐污染微滤膜的大规模制备，以适用于所有微滤膜的应用范畴，如透水、透油的微滤过程，膜蒸馏，膜吸收，渗透蒸发，支撑液膜，液体曝气（气体分散）等。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体地说是一种耐污染微滤膜的制备方法及其应用。

背景技术

膜在工作过程中会存在膜污染，导致分离和透过性降低，而需要进行清洗，缩短膜的使用寿命，提高运行成本，阻碍膜技术的广泛应用。有的膜甚至因为膜污染和膜润湿，而无法长时间工作，这也是膜蒸馏技术尚无法大规模应用的根本原因。膜污染是分离膜大规模应用的瓶颈，所以，耐污染膜的研究显得非常重要。

造成膜污染的原因主要有两方面：从热力学角度分析，膜污染的主要驱动力是膜表面吉布斯自由能的最小化。因膜表面的原子受力不对称和表面结构不均匀，使其不能通过表面收缩来降低表面吉布斯自由能。但它可利用表面的剩余力，从周围介质中捕获其它的物质粒子（气体或液体分子），使其不平衡力场得到某种程度的补偿，实现表面吉布斯焓（表面自由能）降低。从物理化学角度分析，膜污染过程是污染物-膜和污染物-污染物之间的复杂相互作用。即传统膜材料与污染物之间存在的强相互作用，造成待处理物料中的污染物质在膜表面或膜孔内的吸附，形成膜污染。

通过借鉴超滤膜运行过程中的四种耐污染策略，可设计相对应的微滤基膜的耐污染涂层：（1）水合层效应和空间位阻效应（抵制机制），在膜表面与污染物之间构筑一层水合层或在膜表面接枝亲水的柔性聚合物链刷，在膜表面建立抵御污染物的屏障；（2）低表面能效应（污染物释放机制），减小膜与污染物之间的相互作用力；（3）氧化分解效应（攻击机制），将油等有机污染物降解成小分子有机/无机物质；以及（4）膜表面图案技术，增大膜的表面积和孔隙率，强化膜表面附近局部流体的湍流流动。

受到自然界中荷叶表面自清洁现象的启发，低表面能效应的抗污染特性引起关注。它能减弱污染物在膜表面的附着力，在流体剪切力作用下易从沉积膜的表面上去除，被称之为污垢释放。污染释放的原因主要是污染物与疏水膜表面之间存在气垫层，气垫层的存在避免了污染物直接接触膜表面。目前疏水表面主要由两种方法获得：一是在低表面能物质上构建纳微复合结构，一般采用无机纳米粒子来构筑粗糙表面；二是利用低表面能物质修饰具有粗糙结构的表面，即在材料表面修饰一层含氟化合物或含氟聚合物。但通过纳米颗粒构造粗糙表面存在几个问题：（1）改性过程中，纳米颗粒会堵塞膜孔，导致膜通量的衰减；（2）改性膜在工作过程中，流体的冲刷会剥离纳米颗粒，导致膜疏水性的丧失。

发明内容

本发明的目的就是提供一种耐污染微滤膜的制备方法，以解决现有微滤膜制备方法因添加纳米粒子实现表面粗糙化时易堵塞膜孔以及涂层易脱落问题。

本发明是这样实现的：一种耐污染微滤膜的制备方法，包括如下步骤：

a、使改性液通过浸涂、喷涂、刷涂、旋涂、刮涂或动态过滤表面改性方式附着在基膜表面，对基膜进行改性；所述改性液包括含低表面能的热固型树脂和第一溶剂；

所述含低表面能的热固型树脂的有效成分种类：氟基、硅基、氟硅基改性的聚丙烯酸酯无规共聚物、环氧树脂、氯化橡胶、乙烯基聚合物树脂、两亲性嵌段共聚物等；

如果含低表面能的热固型树脂与基膜之间的结合力不强，可以在改性前用偶联剂对基膜进行预涂；

b、使改性过后的基膜置于25℃~100℃下，进行第一溶剂挥发处理，实现含低表面能的热固型树脂在膜表面和孔道内部的自交联，形成抗污染涂层；