CN108031313A - 一种亲水性强的抗污染超滤膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及膜材料研发制备技术领域，公开了一种亲水性强的抗污染超滤膜，以聚乙烯以及马来酸酐接枝聚苯乙烯作为膜的主体材料，添加亲水性共聚物制备超滤膜，通过对超滤膜材料进行亲水化改性提高其在实际过滤净化处理应用中的抗污染性，既能保持聚合物膜自身的优势，又能获得改性材料的特殊性能，制备得到的亲水性的超滤膜具有较高的表面能，水分子会优先与膜表面作用，在其表面形成一个亲水层，而污染物要污染膜表面必须破坏膜表面亲水层的有序结构，从而抑制了膜污染的发生，本发明提高了超滤膜的性能，降低膜组件的操作和维护费用，并且延长膜的使用寿命。

Description

一种亲水性强的抗污染超滤膜
技术领域
本发明属于膜材料研发加工技术领域，具体涉及一种亲水性强的抗污染超滤膜。
背景技术
膜技术具有高效、节能、设备简单、过程易控制、环境友好、易与其它技术
集成等特点。而复合膜作为一种功能性膜，除了具有一般膜的特性外，还具有添加物质本身所固有的性质，如耐高温、耐腐蚀、高强度、离子交换性、导电性、紫外吸收等，复合膜引起了世界各国的广泛重视，成为膜材料研究的热点。膜一般可分为无机膜，致密膜、多孔膜、高分子膜等，不同的膜有不同的制备方法。
超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.01微米以下的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于10纳米的颗粒。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。膜分离过程中，由于料液中的物质与膜通过物理化学作用（静电作用，氢键作用，范德华力等）使膜对料液中溶质产生吸附、沉积以及膜孔的堵塞，使得膜的通量急剧下降，膜的有机污染是指在膜分离过程中由于料液中的有机分子（如糖、蛋白质和脂类分子等），沉积和吸附于膜表面和膜孔中，造成膜通量的迅速下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种亲水性强的抗污染超滤膜，提高了超滤膜的性能，降低膜组件的操作和维护费用，并且延长膜的使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种亲水性强的抗污染超滤膜，按照重量份计由以下成分制成：聚乙烯80-90份、马来酸酐接枝聚苯乙烯30-35份、聚氨酯14-16份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、四甲基二乙烯基二硅氧烷3-5份、Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺20-25份、无水乙醇100-110份、石墨烯0.8-1.0份，其制备方法包括以下步骤：
（1）将Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺与无水乙醇混合，加入聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，在油浴加热下强力搅拌至融化，然后加入聚氨酯混合搅拌均匀，加入四甲基二乙烯基二硅氧烷和石墨烯混合反应2-3小时，自然冷却至室温，置于70-80℃真空干燥箱中干燥10-12小时得到脱泡后的膜液，倒在玻璃板面上进行均匀刮膜；
（2）将得到的膜在110-120℃蒸汽下干燥20-30秒，然后连同玻璃板将湿膜进入去离子水中，静置固化15-18小时，取下膜片在60-70℃烘箱中干燥5-8小时，将膜浸入无水乙醇中，浸泡20-30分钟后取出，再置于氢氧化钠溶液中润湿，并滴加高锰酸钾溶液，加热至80-90℃，处理8-10分钟，膜发生变色后取出；
（3）将取出的膜浸泡在由亚硫酸钠溶液和盐酸溶液按照体积比为3-4:5-6的比例混合的溶液中，浸泡处理40-50分钟，然后将膜取出使用去离子水清洗5-8遍，再浸泡于含质量分数为0.4-0.6%均苯三甲酰氯的正己烷油溶液中，超声处理2-3分钟，调节溶液PH值在8.7-8.9范围，最后将膜使用无水乙醇洗涤3-5遍，在60-70℃烘箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氢氧化钠浓度为3-4摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述高锰酸钾质量浓度为4.5-5.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述亚硫酸钠质量浓度为5.5-6.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述盐酸浓度为2.0-2.5摩尔/升。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有超滤膜抗污性能差的问题问题，本发明提供了一种亲水性强的抗污染超滤膜，以聚乙烯以及马来酸酐接枝聚苯乙烯作为膜的主体材料，添加亲水性共聚物制备超滤膜，通过对超滤膜材料进行亲水化改性提高其在实际过滤净化处理应用中的抗污染性，既能保持聚合物膜自身的优势，又能获得改性材料的特殊性能，制备得到的亲水性的超滤膜具有较高的表面能，水分子会优先与膜表面作用，在其表面形成一个亲水层，而污染物要污染膜表面必须破坏膜表面亲水层的有序结构，从而抑制了膜污染的发生，本发明提高了超滤膜的性能，降低膜组件的操作和维护费用，并且延长膜的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种亲水性强的抗污染超滤膜，按照重量份计由以下成分制成：聚乙烯80份、马来酸酐接枝聚苯乙烯30份、聚氨酯14份、聚乙烯吡咯烷酮6份、四甲基二乙烯基二硅氧烷3份、Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺20份、无水乙醇100份、石墨烯0.8份，其制备方法包括以下步骤：
（1）将Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺与无水乙醇混合，加入聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，在油浴加热下强力搅拌至融化，然后加入聚氨酯混合搅拌均匀，加入四甲基二乙烯基二硅氧烷和石墨烯混合反应2小时，自然冷却至室温，置于70℃真空干燥箱中干燥10小时得到脱泡后的膜液，倒在玻璃板面上进行均匀刮膜；
（2）将得到的膜在110℃蒸汽下干燥20秒，然后连同玻璃板将湿膜进入去离子水中，静置固化15小时，取下膜片在60℃烘箱中干燥5小时，将膜浸入无水乙醇中，浸泡20分钟后取出，再置于氢氧化钠溶液中润湿，并滴加高锰酸钾溶液，加热至80℃，处理8分钟，膜发生变色后取出；
（3）将取出的膜浸泡在由亚硫酸钠溶液和盐酸溶液按照体积比为3:5的比例混合的溶液中，浸泡处理40分钟，然后将膜取出使用去离子水清洗5遍，再浸泡于含质量分数为0.4%均苯三甲酰氯的正己烷油溶液中，超声处理2分钟，调节溶液PH值在8.7-8.9范围，最后将膜使用无水乙醇洗涤3遍，在60℃烘箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氢氧化钠浓度为3摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述高锰酸钾质量浓度为4.5%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述亚硫酸钠质量浓度为5.5%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述盐酸浓度为2.0摩尔/升。
实施例2
一种亲水性强的抗污染超滤膜，按照重量份计由以下成分制成：聚乙烯85份、马来酸酐接枝聚苯乙烯33份、聚氨酯15份、聚乙烯吡咯烷酮7份、四甲基二乙烯基二硅氧烷4份、Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺23份、无水乙醇105份、石墨烯0.9份，其制备方法包括以下步骤：
（1）将Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺与无水乙醇混合，加入聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，在油浴加热下强力搅拌至融化，然后加入聚氨酯混合搅拌均匀，加入四甲基二乙烯基二硅氧烷和石墨烯混合反应2.5小时，自然冷却至室温，置于75℃真空干燥箱中干燥11小时得到脱泡后的膜液，倒在玻璃板面上进行均匀刮膜；
（2）将得到的膜在115℃蒸汽下干燥25秒，然后连同玻璃板将湿膜进入去离子水中，静置固化16小时，取下膜片在65℃烘箱中干燥6小时，将膜浸入无水乙醇中，浸泡25分钟后取出，再置于氢氧化钠溶液中润湿，并滴加高锰酸钾溶液，加热至85℃，处理9分钟，膜发生变色后取出；
（3）将取出的膜浸泡在由亚硫酸钠溶液和盐酸溶液按照体积比为3.5:5.5的比例混合的溶液中，浸泡处理45分钟，然后将膜取出使用去离子水清洗6遍，再浸泡于含质量分数为0.5%均苯三甲酰氯的正己烷油溶液中，超声处理2.5分钟，调节溶液PH值在8.7-8.9范围，最后将膜使用无水乙醇洗涤4遍，在65℃烘箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氢氧化钠浓度为3.5摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述高锰酸钾质量浓度为4.8%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述亚硫酸钠质量浓度为5.8%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述盐酸浓度为2.3摩尔/升。
实施例3
一种亲水性强的抗污染超滤膜，按照重量份计由以下成分制成：聚乙烯90份、马来酸酐接枝聚苯乙烯35份、聚氨酯16份、聚乙烯吡咯烷酮8份、四甲基二乙烯基二硅氧烷5份、Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺25份、无水乙醇110份、石墨烯1.0份，其制备方法包括以下步骤：
（1）将Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺与无水乙醇混合，加入聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，在油浴加热下强力搅拌至融化，然后加入聚氨酯混合搅拌均匀，加入四甲基二乙烯基二硅氧烷和石墨烯混合反应3小时，自然冷却至室温，置于80℃真空干燥箱中干燥12小时得到脱泡后的膜液，倒在玻璃板面上进行均匀刮膜；
（2）将得到的膜在120℃蒸汽下干燥30秒，然后连同玻璃板将湿膜进入去离子水中，静置固化18小时，取下膜片在70℃烘箱中干燥8小时，将膜浸入无水乙醇中，浸泡30分钟后取出，再置于氢氧化钠溶液中润湿，并滴加高锰酸钾溶液，加热至90℃，处理10分钟，膜发生变色后取出；
（3）将取出的膜浸泡在由亚硫酸钠溶液和盐酸溶液按照体积比为4:6的比例混合的溶液中，浸泡处理50分钟，然后将膜取出使用去离子水清洗8遍，再浸泡于含质量分数为0.6%均苯三甲酰氯的正己烷油溶液中，超声处理3分钟，调节溶液PH值在8.7-8.9范围，最后将膜使用无水乙醇洗涤5遍，在70℃烘箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述氢氧化钠浓度为4摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述高锰酸钾质量浓度为5.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述亚硫酸钠质量浓度为6.0%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述盐酸浓度为2.5摩尔/升。

Claims (5)

1.一种亲水性强的抗污染超滤膜，其特征在于，按照重量份计由以下成分制成：聚乙烯80-90份、马来酸酐接枝聚苯乙烯30-35份、聚氨酯14-16份、聚乙烯吡咯烷酮6-8份、四甲基二乙烯基二硅氧烷3-5份、Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺20-25份、无水乙醇100-110份、石墨烯0.8-1.0份，其制备方法包括以下步骤：
（1）将Ｎ，Ｎ-二甲基乙酰胺与无水乙醇混合，加入聚乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，在油浴加热下强力搅拌至融化，然后加入聚氨酯混合搅拌均匀，加入四甲基二乙烯基二硅氧烷和石墨烯混合反应2-3小时，自然冷却至室温，置于70-80℃真空干燥箱中干燥10-12小时得到脱泡后的膜液，倒在玻璃板面上进行均匀刮膜；
（2）将得到的膜在110-120℃蒸汽下干燥20-30秒，然后连同玻璃板将湿膜进入去离子水中，静置固化15-18小时，取下膜片在60-70℃烘箱中干燥5-8小时，将膜浸入无水乙醇中，浸泡20-30分钟后取出，再置于氢氧化钠溶液中润湿，并滴加高锰酸钾溶液，加热至80-90℃，处理8-10分钟，膜发生变色后取出；
（3）将取出的膜浸泡在由亚硫酸钠溶液和盐酸溶液按照体积比为3-4:5-6的比例混合的溶液中，浸泡处理40-50分钟，然后将膜取出使用去离子水清洗5-8遍，再浸泡于含质量分数为0.4-0.6%均苯三甲酰氯的正己烷油溶液中，超声处理2-3分钟，调节溶液PH值在8.7-8.9范围，最后将膜使用无水乙醇洗涤3-5遍，在60-70℃烘箱中烘干即可。
2.如权利要求1所述一种亲水性强的抗污染超滤膜，其特征在于，步骤（2）所述氢氧化钠浓度为3-4摩尔/升。
3.如权利要求1所述一种亲水性强的抗污染超滤膜，其特征在于，步骤（2）所述高锰酸钾质量浓度为4.5-5.0%。
4.如权利要求1所述一种亲水性强的抗污染超滤膜，其特征在于，步骤（3）所述亚硫酸钠质量浓度为5.5-6.0%。
5.如权利要求1所述一种亲水性强的抗污染超滤膜，其特征在于，步骤（3）所述盐酸浓度为2.0-2.5摩尔/升。
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