[发明专利]一种复合超滤膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合超滤膜材料及其制备工艺。该超滤膜材料由插层修饰后的α‑磷酸锆纳米粉末和膜材料本体组成，本申请可同时实现超滤膜材料耐压性能和抗菌性能，同时，本申请还可以显著提高纳米颗粒与聚合物结构的相容性提高膜材料规模化生产的稳定性，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种复合超滤膜材料及其制备方法。

背景技术

超滤膜技术在各类水处理中得到了广泛的应用，例如在污水处理、中水回用、果蔬饮料浓缩等领域。以中空纤维超滤膜为例，已经成为目前市政污水核心技术膜生物反应器（MBR）的核心材料，其性能直接影响了工程的运行效果和装备的使用寿命。经典的超滤膜材料大都是聚合物基材料，常用的超滤膜材料本体有聚偏氟乙烯材料、聚砜、聚醚砜、纤维素等。上述材料在使用过程中仍然面临严重的问题，其一，膜材料表面生物污染，即微生物附着在膜材料表面并以材料本体为碳源形成菌落生长，最终造成膜材料不可逆的破坏。其二，聚合物本体材料在使用过程中的耐压形变问题。由于超滤膜的运行是在一定压力下实现的，尤其是作为纳滤或者反渗透支撑体的超滤膜材料，其耐压性能要求更高。

α-磷酸锆是近年来快速发展起来的一种具有层状结构的无机纳米材料被广泛用于抗菌研究。专利CN1938072A公开发明表明，磷酸锆作为一种杀菌剂与纤维共混制备抗菌型纤维具有良好的效果。此外，α-磷酸锆作为添加剂添加至高分子中可以显著增强材料的机械强度，此类研究在专利报道中已经得到验证。

然而在研究过程中仅仅将α-磷酸锆加入到超滤膜制备液中，制备的超滤膜材料虽然也具有较好的杀菌抑菌效果，但当磷酸锆颗粒浓度提高时与常用高分子膜原料共混时的相容性较差，因此在制膜过程中容易造成磷酸锆在膜材料中分布不均，造成膜的过滤性能不稳定。

发明内容

本发明提供一种复合超滤膜材料及其制备方法，解决技术问题是1）传统聚合物超滤膜抗菌性差的问题；2）磷酸锆加入到超滤膜中相容性差，易造成膜结构不均匀，最终导致制膜稳定性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种复合超滤膜材料，由插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末和膜材料本体组成；

所述插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末中的修饰材料其化学通式为R4NX;

所述通式R4NX中R基可以相同，也可不同，通式中X是氟、氯、溴、碘、无机酸根和羧酸根中的一种或几种。

所述通式R4NX是季铵盐。

插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末按照以下步骤进行：

1）配置0.8～1.2g/L的季铵盐水溶液；

2）将α-磷酸锆纳米粉末加入到步骤1）所配季铵盐水溶液中，搅拌1～2 h，静置12～24 h，经过滤、洗涤和干燥，即得插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末。其中，α-磷酸锆纳米粉末在所述季铵盐水溶液的质量浓度为0.1-5%。

步骤2）中搅拌转速是300～800 rap/min。

所述洗涤是采用丙酮洗涤；所述干燥干燥温度是20～100℃。

一种复合超滤膜材料的制备方法，复合超滤膜材料按照以下步骤进行：

a）将插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末加入到铸膜液中，在温度为60℃条件下，搅拌12h，静置脱泡，得初级铸膜液；

b）初级铸膜液经制膜后，即得复合超滤膜材料。

步骤a）所述铸膜液是聚偏氟乙烯铸膜液、聚砜铸膜液、聚醚砜铸膜液、聚丙烯腈铸膜液、聚醚醚酮铸膜液和纤维素铸膜液中的一种或几种；插层修饰后的α-磷酸锆纳米粉末和铸膜液的质量比为0.05～20:80～99.95。