CN106000117A - 一种低导热亲水-憎水双极复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低导热亲水-憎水双极复合膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于膜分离材料技术领域，公开了一种低导热亲水‑憎水双极复合膜及其制备方法和应用。所述复合膜由厚度为30～100μm的多孔支撑体层和厚度为5～20μm的超薄皮层构成；所述多孔支撑体层由憎水性聚合物和憎水性二氧化硅气凝胶制备而成，所述超薄皮层由亲水性聚合物和亲水性二氧化硅气凝胶制备而成。本发明制备方法采用涂敷法，工艺简单，设备成本低；所制得的复合膜具有良好的透过性、气体选择性，较低的导热性和较高的强度，可广泛用于水处理技术，空调工程、能源、化工、冶金，生化工程等领域，特别适合于海水淡化和空气独立除湿。

Description

一种低导热亲水-憎水双极复合膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于膜分离材料技术领域，具体涉及一种低导热亲水-憎水双极复合膜及其制备方法和应用。
背景技术
淡水资源是人类生存与发展的最重要物质基础之一。海水淡化和废水净化技术正逐步成为解决淡水资源紧缺的重要手段。
海水淡化又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的过程。常用的海水淡化方法有热法和膜法两种。热法主要采用多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏，膜法主要指反渗透。热法通常需要消耗大量高品位能源，并且生产设备复杂、昂贵；膜法的反渗透技术，它是一种利用半透膜的选择透过性，在外加高压力的条件下使水逆浓度梯度透过半透膜，而使盐分和杂质截留在膜另一侧的技术。反渗透法一般由电能和机械能驱动，系统需要维持较高的运行压力，对设备的耐压能力要求很高。现有的热法和膜法海水淡化技术共同面临的问题是设备要求高、需要消耗大量高品位能源，并且海水的淡水产率较低。
同时，人们也越来越重视室内环境的改善。除湿的方法按照其除湿机理可以分为：冷却除湿、干燥剂除湿(包括液体吸收除湿和固体吸附除湿)、膜渗透除湿和电化学除湿等多种方法。冷却除湿方法利用冷却盘管将空气温度降至其露点温度一下，使的空气中的水分在冷却器表面结露冷凝。膜渗透除湿方法是利用膜对空气中对水的选择透过性将水分从水蒸气分压高的一侧转移到水蒸气分压低的一侧，从而实现对高水蒸气分压侧空气除湿的一种方法。电化学除湿是利用水蒸气在电池阳极分解成氧气和质子，再将质子转移到阴极生成氢气分子或者与氧气结合生成水，以此来降低空气中的水分。
这三种方法都存在着很大的弊端。冷却除湿方法需要将空气的温度冷却到其露点以下，冷却后的空气需要再进行加热后才能送入房间之中，在这个过程中温度和湿度不能独立控制，造成了能源利用率低能耗大；水分在冷却器表面冷凝，使得冷却器常年潮湿为细菌提供了生长和繁衍的场所，使室内空气品质严重下降；而对于露点温度过低的工况容易使冷却器表面结霜，需要特别的装置对其进行除霜处理，膜法除湿是一种被动的除湿方法，其除湿能力受湿交换气体中水蒸气压力较小的一侧控制；膜材料是影响膜法除湿的重要因素，膜材料的好坏决定着整个除湿过程性能。而电化学除湿是一种非常新颖的除湿方法，其技术不够成熟；而且除湿过程中需要直流电源，能源利用并不高。
现有膜的缺点是难以同时满足高透湿量与阻挡其它气体分子透过的矛盾和膜材料本身导热系数过高导致显热传递过高导致的能量损耗过大。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种低导热亲水-憎水双极复合膜。
本发明的另一目的在于提供上述低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述低导热亲水-憎水双极复合膜的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种低导热亲水-憎水双极复合膜，由厚度为30～100μm的多孔支撑体层和厚度为5～20μm的超薄皮层构成；所述多孔支撑体层由憎水性聚合物和憎水性二氧化硅气凝胶制备而成，所述超薄皮层由亲水性聚合物和亲水性二氧化硅气凝胶制备而成。
优选地，所述憎水性二氧化硅气凝胶占憎水性聚合物的质量百分含量为10％～50％；所述亲水性二氧化硅气凝胶占亲水性聚合物的质量百分含量为10％～50％。
优选地，所述的憎水性聚合物为聚偏氟乙烯；所述的亲水性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三醋酸纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
优选地，为强化皮层极性，所述超薄皮层中还掺杂有占亲水性聚合物质量1％～5％的LiCl。
上述复合膜中，多孔支撑体层是憎水性膜，起增强强度作用，同时避免水分在在其中微孔中凝结，从而降低水蒸汽透过阻力：超薄皮层是致密性亲水性膜，呈强极性，具有强吸湿能力，能使水分子选择性透过，而阻止其它气体分子透过。
上述低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，包括如下制备步骤：
当所述的亲水性聚合物为聚乙烯醇时，其制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚乙烯醇、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，静置脱泡后形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，自然干燥，得到复合膜；
(3)配制羟基丁二酸质量浓度为1％～3％、乙酸质量浓度为3％～5％的交联剂水溶液，然后将步骤(2)所得复合膜浸泡在交联剂水溶液中20～30秒，捞起晾干后于70～100℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
当所述的亲水性聚合物为聚丙烯酸钠时，其制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚丙烯酸钠、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，再加入甘油、过硫酸钾和苯二甲酸，搅拌混合均匀得到铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于70℃～90℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
当所述的亲水性聚合物为三醋酸纤维素时，其制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将三醋酸纤维素、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，再加入二氧六环和马来酸，搅拌混合均匀后静置脱泡，形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于50℃～70℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
当所述的亲水性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯时，其制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚甲基丙烯酸甲酯、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到二甲基亚砜中，加热搅拌混合均匀，再加入蒸馏水，加热搅拌溶解均匀后静置脱泡，形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于70℃～100℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
优选地，所述聚偏氟乙烯:致孔剂:二甲基亚砜的质量比为(7～12):(1～2):(100～120)。
上述低导热亲水-憎水双极复合膜在海水淡化或空气除湿等领域中的应用。
本发明所述低导热亲水-憎水双极复合膜可以为平板膜或中空纤维膜，其型式结构示意图分别如图1和图2所示。其以平板膜和中空纤维膜在空气除湿器或海水淡化器中应用的结构示意图分别如图3或图4所示。
如图3所示，将一定数量的低导热亲水-憎水双极复合平板膜7安装在芯体中，除湿溶液3进入低导热亲水-憎水双极复合平板膜之间，高温高湿的室外空气5进入相邻一侧的平板膜之间，两者形成叉流，在该组件中进行热量与水分的交换，交换后得到低湿度的新风6，经热湿交换后的除湿溶液4从低导热亲水—憎水双极复合平板膜7间排出。从而达到独立调节室内空气湿度的目的。
同时，图3所示的低导热亲水-憎水双极复合膜平板膜芯体亦可用在海水淡化过程中，加热过的海水3进入低导热亲水—憎水双极复合平板膜之间，空气5进入相邻一侧的平板膜之间，两者形成叉流，在该组件中，加热过的海水3通过相邻一侧的平板膜之间对空气5加湿，经过对空气5加湿的海水4从另一侧排出，加湿后的空气6经过水冷换热器析出纯净水，从而达到海水淡化的目的。
如图4所示，将一定数量的低导热亲水-憎水双极复合中空纤维膜管束8安装在壳体中，除湿溶液3进入低导热亲水-憎水双极复合中空纤维膜管束8，高温高湿的室外空气5进入壳体中，两者形成叉流，在该组件中进行热量与水分的交换，交换后得到低湿度的新风6，经热湿交换后的除湿溶液4从低导热亲水—憎水双极复合中空纤维膜管束8中排出。从而达到独立调节室内空气湿度的目的。
同时，图4所示的低导热亲水-憎水双极复合膜中空纤维膜组件亦可用在海水淡化过程中，加热过的海水3进入低导热亲水-憎水双极复合中空纤维膜管束8，空气5进入壳体中，两者形成叉流，在该组件中，加热过的海水3通过低导热亲水—憎水双极复合中空纤维膜管束8对空气5加湿，经过对空气5加湿的海水4从低导热亲水—憎水双极复合中空纤维膜管束8排出，加湿后的空气6经过水冷换热器析出纯净水，从而达到海水淡化的目的。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜由于水蒸汽分子在其憎水性多孔支撑体层微孔里面不会凝结，降低了水分扩散阻力，保持了很高的透湿量；亲水皮层可以做的很薄，在保证阻挡其它气体的情况下，保持很高的水蒸汽渗透速度；
(2)本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜含有低导热材料亲水性二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶是一种低导热材料，在复合膜中加入二氧化硅气凝胶也降低了该复合膜的导热系数；
(3)本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜集高强度、高透湿量、高选择性和低导热性于一体，对该复合膜的测试表明，同样实验条件下，该复合膜的水蒸汽交换效率比同等厚度的单层固体亲水膜高50％～200％；导热系数低25％～50％；
(4)本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜的皮层超薄，可以达到5μm厚度；
(5)本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法简单、易操作，设备投资少，不同层间粘合力强、成膜性好。
附图说明
图1是本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜的平板膜型式结构示意图；
图2是本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜的中空纤维膜型式结构示意图；
图3是本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜平板膜在除湿器或海水淡化器中应用的结构示意图；
图4是本发明的低导热亲水-憎水双极复合膜中空纤维膜在除湿器或海水淡化器中应用的结构示意图；
图中编号说明如下：1-多孔支撑层，2-超薄皮层，3-盐溶液入口，4-盐溶液出口，5-空气入口，6-空气出口，7-低导热亲水-憎水双极复合膜平板膜，8-低导热亲水-憎水双极复合膜中空纤维膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将质量7g的聚偏氟乙烯和1g的致孔剂溶于100g二甲基亚砜中并加入1g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在100μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将4g聚乙烯醇、2g亲水性二氧化硅气凝胶和0.12g氯化锂用120g去离子水在90℃下搅拌1小时，配制成聚乙烯醇溶液，将上述溶液静置1天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得100μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在空气中自然干燥1天，得到复合膜；
(3)配置交联剂水溶液，其中羟基丁二酸质量浓度1％，乙酸质量浓度3％，将步骤(2)所得复合膜浸泡在交联剂水溶液中20秒，捞起、晾干，随后立即转移到70℃的烘箱中，烘30min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.4×10-5m2/s，导热系数为0.11kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例2
(1)将质量8g的聚偏氟乙烯和1g的致孔剂溶于110g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在100μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将2g聚乙烯醇、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.10g氯化锂用120g去离子水在90℃下搅拌1小时，配制成聚乙烯醇溶液，将上述溶液静置1天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得100μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在空气中自然干燥1天，得到复合膜；
(3)配置交联剂水溶液，其中羟基丁二酸质量浓度2％，乙酸质量浓度4％，将步骤(2)所得复合膜浸泡在交联剂水溶液中25秒，捞起、晾干，随后立即转移到80℃的烘箱中，烘40min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.3×10-5m2/s，导热系数为0.10kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.11MPa。
实施例3
(1)将质量9g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于100g二甲基亚砜中并加入3g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在70μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将15g聚乙烯醇、5g亲水性二氧化硅气凝胶和0.15g氯化锂用150g去离子水在100℃下搅拌2小时，配制成聚乙烯醇溶液，将上述溶液静置3天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得70μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在空气中自然干燥1天，得到复合膜；
(3)配置交联剂水溶液，其中羟基丁二酸质量浓度3％，乙酸质量浓度5％，将步骤(2)所得复合膜浸泡在交联剂水溶液中30秒，捞起、晾干，随后立即转移到100℃的烘箱中，烘50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.2×10-5m2/s，导热系数为0.085kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.12MPa。
实施例4
(1)将质量7g的聚偏氟乙烯和1g的致孔剂溶于120g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在50μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将15g聚丙烯酸钠、5g亲水性二氧化硅气凝胶和0.15g氯化锂用200g去离子水在100℃下搅拌2小时，再加入3滴甘油、0.1g过硫酸钾和0.01g苯二甲酸，在70℃下搅拌1小时，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得70μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在70℃的烘箱中，烘50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.0×10-5m2/s，导热系数为0.15kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.15MPa。
实施例5
(1)将质量10g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于110g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在30μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将2g聚丙烯酸钠、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.06g氯化锂用100g去离子水在90℃下搅拌1小时，再加入1滴甘油、0.2g过硫酸钾和0.02g苯二甲酸，在80℃下搅拌2小时，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得30μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在100℃的烘箱中，烘30min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.2×10-5m2/s，导热系数为0.12kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例6
(1)将质量10g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于120g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在100μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将10g聚丙烯酸钠、2g亲水性二氧化硅气凝胶和0.5g氯化锂用160g去离子水在95℃下搅拌1.5小时，再加入2滴甘油、0.3g过硫酸钾和0.03g苯二甲酸，在90℃下搅拌1.5小时，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得100μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在80℃的烘箱中，烘40min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.1×10-5m2/s，导热系数为0.13kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例7
(1)将质量7g的聚偏氟乙烯和1g的致孔剂溶于100g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在100μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将2g三醋酸纤维素、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.08g氯化锂用100g丙酮在60℃下搅拌1小时，再加入0.1g二氧六环和0.1g马来酸，搅拌，配制成溶液；将上述溶液静置1天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得100μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜立即转移到50℃的烘箱中，烘30min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.5×10-5m2/s，导热系数为0.10kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例8
(1)将质量10g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于100g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在30μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将5g三醋酸纤维素、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.25g氯化锂用120g丙酮在65℃下搅拌1.5小时，再加入0.2g二氧六环和0.15g马来酸，搅拌，配制成溶液；将上述溶液静置1.5天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得30μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜立即转移到60℃的烘箱中，烘40min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.6×10-5m2/s，导热系数为0.14kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.13MPa。
实施例9
(1)将质量10g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于120g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在60μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将10g三醋酸纤维素、4g亲水性二氧化硅气凝胶和0.1g氯化锂用150g丙酮在70℃下搅拌2小时，再加入0.3g二氧六环和0.2g马来酸，搅拌，配制成溶液；将上述溶液静置1.5天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得60μm聚偏氟乙烯膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜立即转移到70℃的烘箱中，烘50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.1×10-5m2/s，导热系数为0.12kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例10
(1)将质量7g的聚偏氟乙烯和1g的致孔剂溶于110g二甲基亚砜中并加入2g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在80μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将5g聚甲基丙烯酸甲酯、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.15g氯化锂用100g二甲基亚砜溶解，在90℃下搅拌1小时，再加入40g蒸馏水在95℃下搅拌1.5小时配制成溶液，将上述溶液静置2天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得80μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在80℃的烘箱中，烘40min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.3×10-5m2/s，导热系数为0.08kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.12MPa。
实施例11
(1)将质量10g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于110g二甲基亚砜中并加入4g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在100μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将10g聚甲基丙烯酸甲酯、2g亲水性二氧化硅气凝胶和0.10g氯化锂用120g二甲基亚砜溶解，在100℃下搅拌2小时，再加入50g蒸馏水在100℃下搅拌2小时配制成溶液，将上述溶液静置3天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得100μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在100℃的烘箱中，烘50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.3×10-5m2/s，导热系数为0.12kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
实施例12
(1)将质量12g的聚偏氟乙烯和2g的致孔剂溶于100g二甲基亚砜中并加入5g的憎水性二氧化硅气凝胶，控制温度为60℃，充分搅拌4小时溶解，并静置脱泡12小时，利用刮膜机控制膜的湿厚在30μm。之后把覆膜的玻璃板迅速投入自来水水浴中。1分钟后，成形的膜从玻璃板上揭下，转移到另外一个水浴中静置24小时脱除多余的溶剂，捞起、晾干，得到多孔膜。
(2)将2g聚甲基丙烯酸甲酯、1g亲水性二氧化硅气凝胶和0.10g氯化锂用80g二甲基亚砜溶解，在95℃下搅拌1.5小时，再加入30g蒸馏水在90℃下搅拌1小时配制成溶液，将上述溶液静置1天，形成铸膜液；将上述铸膜液倾倒在步骤(1)所得30μm聚偏氟乙烯多孔膜上，涂匀，将上述已涂好的复合膜在70℃的烘箱中，烘30min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜，测得水蒸气扩散系数为1.1×10-5m2/s，导热系数为0.14kW·m-1·K-1，最大承受压力为0.1MPa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低导热亲水-憎水双极复合膜，其特征在于：所述复合膜由厚度为30～100μm的多孔支撑体层和厚度为5～20μm的超薄皮层构成；所述多孔支撑体层由憎水性聚合物和憎水性二氧化硅气凝胶制备而成，所述超薄皮层由亲水性聚合物和亲水性二氧化硅气凝胶制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜，其特征在于：所述憎水性二氧化硅气凝胶占憎水性聚合物的质量百分含量为10％～50％；所述亲水性二氧化硅气凝胶占亲水性聚合物的质量百分含量为10％～50％。
3.根据权利要求2所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜，其特征在于：所述的憎水性聚合物为聚偏氟乙烯；所述的亲水性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、三醋酸纤维素和聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜，其特征在于：所述超薄皮层中还掺杂有占亲水性聚合物质量1％～5％的LiCl。
5.权利要求4所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，其特征在于所述的亲水性聚合物为聚乙烯醇，所述制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚乙烯醇、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，静置脱泡后形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，自然干燥，得到复合膜；
(3)配制羟基丁二酸质量浓度为1％～3％、乙酸质量浓度为3％～5％的交联剂水溶液，然后将步骤(2)所得复合膜浸泡在交联剂水溶液中20～30秒，捞起晾干后于70～100℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
6.权利要求4所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，其特征在于所述的亲水性聚合物为聚丙烯酸钠，所述制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚丙烯酸钠、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，再加入甘油、过硫酸钾和苯二甲酸，搅拌混合均匀得到铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于70℃～90℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
7.权利要求4所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，其特征在于所述的亲水性聚合物为三醋酸纤维素，所述制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将三醋酸纤维素、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到去离子水中，加热搅拌溶解，再加入二氧六环和马来酸，搅拌混合均匀后静置脱泡，形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于50℃～70℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
8.权利要求4所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，其特征在于所述的亲水性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，所述制备方法包括如下制备步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和致孔剂溶于二甲基亚砜中并加入憎水性二氧化硅气凝胶，加热搅拌溶解并静置脱泡后，控制膜的湿厚在30～100μm进行刮膜，将膜投入水浴中成形，然后转移至另一水浴中静置除去多余的溶剂，得到多孔膜；
(2)将聚甲基丙烯酸甲酯、氯化锂和亲水性二氧化硅气凝胶加入到二甲基亚砜中，加热搅拌混合均匀，再加入蒸馏水，加热搅拌溶解均匀后静置脱泡，形成铸膜液，将铸膜液倾倒在步骤(1)所得多孔膜上涂匀，于70℃～100℃烘30～50min，得到所述低导热亲水-憎水双极复合膜。
9.根据权利要求5～8任一项所述的一种低导热亲水-憎水双极复合膜的制备方法，其特征在于：所述聚偏氟乙烯:致孔剂:二甲基亚砜的质量比为(7～12):(1～2):(100～120)。
10.权利要求1～4任一项所述的低导热亲水-憎水双极复合膜在海水淡化或空气除湿领域中的应用。
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