CN110694487B - 一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置及其改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置及其改性方法，属于材料加工技术领域。本发明所述装置包括电解池；所述电解池包括微孔阳极、阴极管；所述微孔阳极置于阴极管内，所述阴极管的底部设有进水口，所述阴极管的顶部设有阴极出水口，所述微孔阳极的顶部设有阳极出水口；液槽通过隔膜泵与电解池的进水口连接，所述电解池的阳极出水口与氧化溢流槽连接，所述电解池的阴极出水口返回液槽。

Description

一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置及其改性方法
技术领域
本发明涉及一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置及其改性方法，属于材料加工技术领域。
背景技术
聚偏氟乙烯是一种半晶体结构聚合物，由于其自身具有很强的稳定性和抗氧化性并耐酸碱腐蚀等优点，且价格低廉，已被广泛应用于超滤膜的制备。但由于聚偏氟乙烯材料本身的一些缺陷，使其制备出来的超滤膜亲水性、抗污染性或渗透性较差，膜阻较大，在运行过程中易受到蛋白质或水中其他杂质的污染，清洗过程容易对超滤膜造成伤害，降低其使用寿命，增加生产成本，进而影响其在某些领域的进一步发展应用。有研究表明，改善超滤膜的亲水性能可以有效改善超滤膜的抗污性，同时提高超滤膜的通水率，延长超滤膜的使用寿命，有效的降低生产成本。而普遍使用的超滤膜改性方法存在使用过量药剂，产生二次污染的问题。
发明内容
本发明通过氯化钠为电解质得到具有氧化功能的氧化性物质，并利用氧化性物质来对预处理后的聚偏氟乙烯膜丝进行氧化，将预处理后的聚偏氟乙烯膜丝表面存在的不饱和双键氧化，形成亲水基团，从而提高聚偏氟乙烯膜丝表面的亲水性能，解决了聚偏氟乙烯膜改性过程中的环境污染和成本过高的问题。
本发明提供了一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置，所述装置包括电解池；所述电解池包括微孔阳极、阴极管；所述微孔阳极置于阴极管内，所述阴极管的底部设有进水口，所述阴极管的顶部设有阴极出水口，所述微孔阳极的顶部设有阳极出水口；液槽通过隔膜泵与所述电解池的进水口连接，所述电解池的阳极出水口与氧化溢流槽连接，所述电解池的阴极出水口返回液槽。
本发明优选为连接所述电解池的阳极出水口与氧化溢流槽的管路上设有排气阀。
本发明优选为连接所述隔膜泵与液槽的管路上设有排液阀。
本发明优选为所述微孔阳极与直流稳压电源的正极连接，所述阴极管与直流稳压电源的负极连接。
本发明另一目的为提供一种利用上述装置的电化学改性聚偏氟乙烯膜方法，所述方法包括如下步骤：将聚偏氟乙烯膜丝活化、碱处理、清洗；关闭排气阀和排液阀，向液槽中加入电解质氯化钠，开启隔膜泵；开启直流稳压电源，待产水稳定，将处理后的聚偏氟乙烯膜丝放入氧化溢流槽内，氧化结束后取出改性聚偏氟乙烯膜丝，清洗；关闭直流稳压电源、隔膜泵，开启排气阀、排液阀。
本发明优选为所述活化方法为：将聚偏氟乙烯膜丝在50-100％的乙醇中浸泡1-2d。
本发明优选为所述碱处理方法为：将活化后的聚偏氟乙烯膜丝在0.25-2.50％的NaOH溶液中浸泡5-10min。
本发明优选为开启所述隔膜泵5-20min后再开启直流稳压电源。
本发明优选为将所述直流稳压电源电压调至10-15V。
本发明优选为氧化1-3h。
本发明的电解质在阳极发生氧化反应，生成氧化所需的物质；阴极发生还原反应，且产生少量氢氧根与氢气，在运行过程中可加入极少量的MgCl2或者CaCl2来去除装置在运行过程中累积的OH-。
本发明有益效果为：
本发明以氯化钠为电解质进行电解产生氧化性物质，氧化性物质来自电解装置阳极端产水中，通过利用产生的氧化性物质持续处理预处理后的聚偏氟乙烯膜丝完成对膜表面的化学改性，本方法可以有效的避免药剂投加所产生的二次污染和成本过高的问题。
本发明所述装置设有氧化溢流槽，从阳极出水口出来的氧化液经管路直通氧化溢流槽内，完成氧化后与原溶液、阴极出水混合，氧化溢流槽可以从最大程度上防止因物料挥发造成的损失，且能保证阳极出水稳定。
附图说明
本发明附图5幅，
图1为实施例1所述电化学改性聚偏氟乙烯膜装置的结构示意图；
图2为改性时间对聚偏氟乙烯膜丝通量影响图；
图3为实施例3改性聚偏氟乙烯膜丝表面的扫描电子显微镜图；
图4为实施例3改性聚偏氟乙烯膜丝对110KDa葡聚糖截留实验结果图；
图5为实施例3改性聚偏氟乙烯膜丝对200KDa葡聚糖截留实验结果图；
其中：1、直流稳压电源，2、阳极出水口，3、阴极出水口，4、隔膜泵，5、排液阀，6、排气阀，7、氧化溢流槽，8、液槽。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的装置，所述装置包括电解池；
所述电解池包括钛微孔阳极、不锈钢阴极管；
所述钛微孔阳极置于不锈钢阴极管内，所述钛微孔阳极与直流稳压电源1的正极连接，所述阴极管与直流稳压电源1的负极连接，所述不锈钢阴极管的底部设有进水口，所述不锈钢阴极管的顶部设有阴极出水口3，所述钛微孔阳极的顶部设有阳极出水口2；
液槽8通过隔膜泵4与所述电解池的进水口连接，连接所述隔膜泵4与液槽8的管路上设有排液阀5，所述电解池的阳极出水口2与氧化溢流槽7连接，连接所述电解池的阳极出水口2与氧化溢流槽7的管路上设有排气阀6，所述电解池的阴极出水口3返回液槽8。
实施例2
利用实施例1所述装置的电化学改性聚偏氟乙烯膜方法，所述方法包括如下步骤：
先将聚偏氟乙烯膜丝在50％的乙醇中浸泡1d进行活化，再将活化后的聚偏氟乙烯膜丝在0.5％的NaOH溶液中浸泡5min进行碱处理，然后将碱处理后的聚偏氟乙烯膜丝用去离子水清洗；
关闭排气阀6和排液阀5，向液槽8中加入电解质氯化钠，开启隔膜泵4运行5min待液料浓度均匀；
开启直流稳压电源1，将直流稳压电源1电压调至10V，运行10min，待产水稳定，将处理后的聚偏氟乙烯膜丝放入氧化溢流槽7内，氧化1h，氧化结束后取出改性聚偏氟乙烯膜丝，用水清洗；
关闭直流稳压电源1、隔膜泵4，开启排气阀6、排液阀5。
实施例3
利用实施例1所述装置的电化学改性聚偏氟乙烯膜方法，所述方法包括如下步骤：
先将聚偏氟乙烯膜丝在50％的乙醇中浸泡1d进行活化，再将活化后的聚偏氟乙烯膜丝在0.5％的NaOH溶液中浸泡5min进行碱处理，然后将碱处理后的聚偏氟乙烯膜丝用去离子水清洗；
关闭排气阀6和排液阀5，向液槽8中加入电解质氯化钠，开启隔膜泵4运行5min待液料浓度均匀；
开启直流稳压电源1，将直流稳压电源1电压调至10V，运行10min，待产水稳定，将处理后的聚偏氟乙烯膜丝放入氧化溢流槽7内，氧化2h，氧化结束后取出改性聚偏氟乙烯膜丝，用水清洗；
关闭直流稳压电源1、隔膜泵4，开启排气阀6、排液阀5。
实施例4
利用实施例1所述装置的电化学改性聚偏氟乙烯膜方法，所述方法包括如下步骤：
先将聚偏氟乙烯膜丝在50％的乙醇中浸泡1d进行活化，再将活化后的聚偏氟乙烯膜丝在0.5％的NaOH溶液中浸泡5min进行碱处理，然后将碱处理后的聚偏氟乙烯膜丝用去离子水清洗；
关闭排气阀6和排液阀5，向液槽8中加入电解质氯化钠，开启隔膜泵4运行5min待液料浓度均匀；
开启直流稳压电源1，将直流稳压电源1电压调至10V，运行10min，待产水稳定，将处理后的聚偏氟乙烯膜丝放入氧化溢流槽7内，氧化3h，氧化结束后取出改性聚偏氟乙烯膜丝，用水清洗；
关闭直流稳压电源1、隔膜泵4，开启排气阀6、排液阀5。

Claims (9)

1.一种电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：所述方法使用下述装置，所述装置包括电解池；
所述电解池包括微孔阳极、阴极管；
所述微孔阳极置于阴极管内，所述阴极管的底部设有进水口，所述阴极管的顶部设有阴极出水口，所述微孔阳极的顶部设有阳极出水口；
液槽通过隔膜泵与所述电解池的进水口连接，所述电解池的阳极出水口与氧化溢流槽连接，所述电解池的阴极出水口返回液槽；
所述方法包括如下步骤：
将聚偏氟乙烯膜丝活化、碱处理、清洗；
关闭排气阀和排液阀，向液槽中加入电解质氯化钠，开启隔膜泵；
开启直流稳压电源，待产水稳定，将处理后的聚偏氟乙烯膜丝放入氧化溢流槽内，氧化结束后取出改性聚偏氟乙烯膜丝，清洗；
关闭直流稳压电源、隔膜泵，开启排气阀、排液阀。
2.根据权利要求1所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：连接所述电解池的阳极出水口与氧化溢流槽的管路上设有排气阀。
3.根据权利要求2所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：连接所述隔膜泵与液槽的管路上设有排液阀。
4.根据权利要求3所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：所述微孔阳极与直流稳压电源的正极连接，所述阴极管与直流稳压电源的负极连接。
5.根据权利要求4所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：所述活化方法为：将聚偏氟乙烯膜丝在50-100％的乙醇中浸泡1-2d。
6.根据权利要求5所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：所述碱处理方法为：将活化后的聚偏氟乙烯膜丝在0.25-2.50％的NaOH溶液中浸泡5-10min。
7.根据权利要求6所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：开启所述隔膜泵5-20min后再开启直流稳压电源。
8.根据权利要求7所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：将所述直流稳压电源电压调至10-15V。
9.根据权利要求8所述电化学改性聚偏氟乙烯膜的方法，其特征在于：氧化1-3h。
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