CN112619444B - 一种高通量复合膜、其制备方法及应用 - Google Patents

一种高通量复合膜、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通量复合膜、其制备方法及应用。所述制备方法包括：将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，形成混合溶液；使所述混合溶液形成膜结构，并进行交联化处理，形成复合凝胶化薄膜；对所述复合凝胶化薄膜进行定向冷冻‑解冻处理，之后干燥，获得高通量复合膜。本发明所获高通量复合膜的水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01～100Pa，水在自身重力作用下能快速透过该复合膜，能过滤99.99％以上的致病细菌，吸附99.9％以上重金属离子、染料、抗生素和芥子气、沙林等有毒气体等。将本发明的高通量复合膜折叠封装，可用于制备便携式快速净化水杯、水管、防毒呼吸鼻罩。

Description

一种高通量复合膜、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种高通量复合膜及其制备方法，以及该高通量复合膜的应用，属于膜制备技术领域。
背景技术
为了使水质达到有关部门指定的标准，可采用一些物理、化学或者生物的手段对水进行处理。目前常用的水体的净化方式主要有沉淀物过滤法、蒸馏法、反渗透法、超过滤法、太阳光蒸发法、吸附等。沉淀物过滤法可以将水源中的悬浮颗粒物质或胶体物质清除干净，这是最古老且最简单的净水法，但是对于溶解在水中的离子，就无法阻拦下来。蒸馏法也是古老却也有效的水处理法，它可以清除任何不可挥发性的杂质，但是对于可挥发性的污染物却无能为力。反渗透法一般所使用膜的孔径约在1nm以下，可以有效的清除溶解于水中的无机物、有机物、细菌及其它颗粒等，但是如果在净化水时没有作好前置处理可能会使钙、镁、铁等离子堆积在渗透膜上，更换渗透膜的成本较高。超过滤法与反渗透法类似，也是使用半透膜，膜的孔径约1～20nm之间，因此只能排除细菌、病毒及颗粒状物等，对水溶性离子则无法过滤。太阳光蒸发法是采用光热转化活性材料，将吸收的阳光转化为热量，对活性材料周围局部水域加热，实现快速高效的水分蒸发达到净化的目的。
尽管如此，以上方法都不能做成便携式、质量轻、快速水净化的产品随身携带，或无法满足各类地表水的直接取用净化饮用的标准，核心难点在于无法同时去除地表水中的致病细菌、微颗粒、重金属离子、染料和抗生素等有机分子；以及高通透量，满足普通成人吮吸即能大量流过的水量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高通量复合膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的还在于提供所述高通量复合膜的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种高通量复合膜的制备方法，其包括：
将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，形成混合溶液；
使所述混合溶液形成膜结构，并进行交联化处理，形成复合凝胶化薄膜；
对所述复合凝胶化薄膜进行定向冷冻-解冻处理，之后干燥，获得高通量复合膜。
在一些实施例中，所述导电高分子多孔材料包括聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔等中的任意一种或两种以上的组合的共聚物泡沫或气凝胶微粉等，但不限于此。
在一些实施例中，所述硅基多孔材料包括介孔氧化硅微粉、氧化硅气凝胶微粉、介孔硅微粉、硅基分子筛等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述高分子凝胶前驱体包括由涤纶树脂、聚乙烯醇、海藻酸钠、纤维素、甲基纤维素、聚芳纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺等中的任意一种或两种以上的组合形成的饱和溶液，但不限于此。
在一些实施例中，所述交联化处理包括高温处理、紫外光照处理等。
在一些实施例中，所述制备方法包括：将所述复合凝胶化薄膜先于-20～-40℃定向冷冻1～5小时，再解冻，并反复进行定向冷冻-解冻处理，循环1～4次，之后进行干燥。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的高通量复合膜，所述高通量复合膜的厚度为1～500μm，水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01～100Pa，且能够允许水在自身重力作用下透过，对致病细菌的去除率在99.99％以上，对重金属离子、染料、抗生素或有毒气体的吸附率在99.9％以上。
本发明实施例还提供了前述高通量复合膜在制备净化装置中的用途。
本发明实施例还提供了一种净化装置的制备方法，其包括：
将前述高通量复合膜折叠封装，并留设端口，或者，将高通量复合膜叠加5～20层，之后装设于净化装置中。
本发明实施例还提供了一种净化装置，其包含前述高通量复合膜。
进一步地，所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置等，但不限于此。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明制备的高通量复合膜的水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01～100Pa，水在自身重力作用下能快速透过该复合膜，能过滤99.99％以上的致病细菌，吸附99.9％以上重金属离子、染料、抗生素和芥子气、沙林等有毒气体等；
2)本发明提供的高通量复合膜的制备方法，实现高通量和光谱吸附，适合于直接吸吮净化水；
3)将本发明制备的高通量复合膜折叠封装装置，可应用于制备便携式快速净化水杯、水管、防毒呼吸鼻罩等，本装置的质量轻，并且可就地取I-V类地表水直接饮用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施例中高通量复合膜的制备路线示意图；
图2为本发明实施例1中所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图；
图3为本发明实施例2中所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图；
图4为本发明实施例3中所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图；
图5为本发明实施例4中所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图；
图6为本发明实施例7中所述高通量复合膜用于快速净化水杯的滤芯的结构示意图；
图7为本发明实施例8中所述高通量复合膜用于快速水净化直饮管的滤芯的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术的不足和材料的局限性，本案发明人经长期研究和大量实践，实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是将导电高分子多孔微粉和硅基多孔粉末材料分散在高分子凝胶前驱体中，搅拌均匀后印刷成膜与交联化，再经过定向冷冻-解冻处理，最后干燥制备得到高通量复合薄膜。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种高通量复合膜的制备方法，其包括：
将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，形成混合溶液；
使所述混合溶液形成膜结构，并进行交联化处理，形成复合凝胶化薄膜；
对所述复合凝胶化薄膜进行定向冷冻-解冻处理，之后干燥，获得高通量复合膜。
在一些优选实施例中，所述制备方法具体包括：
(1)将导电高分子多孔微粉和硅基多孔粉末分散在高分子凝胶前驱体中；
(2)将上述溶液搅拌均匀后印刷成膜，交联化，形成复合凝胶化薄膜；
(3)将上述复合凝胶化薄膜定向冷冻-解冻，最后干燥制备得到高通量复合薄膜。
在一些实施例中，步骤(1)中所述导电高分子多孔材料包括聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔及其共聚物泡沫或气凝胶微粉的任意一种或两种以上的组合，例如聚吡咯气凝胶微粉、聚苯胺泡沫微粉、聚噻吩介孔微粉、聚噻吩气凝胶微粉、聚乙炔介孔微粉等，且不限于此。
进一步地，所述导电高分子多孔微粉的尺寸为100nm～500μm，且不限于此。
进一步地，所述导电高分子多孔微粉的比表面积为100～1200m2/g，且不限于此。
在一些实施例中，步骤(1)中所述硅基多孔材料(如硅基多孔微粉)包括介孔氧化硅微粉、氧化硅气凝胶微粉、介孔硅微粉、硅基分子筛等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述硅基多孔材料的尺寸为100nm～500μm。
进一步地，所述硅基多孔材料的比表面积为100～1200m2/g。
在一些实施例中，步骤(1)中所述高分子凝胶前驱体包括涤纶树脂、聚乙烯醇、海藻酸钠、纤维素、甲基纤维素、聚芳纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺等中的任意一种或两种以上的组合形成的饱和溶液。
在一些实施例中，所述导电高分子多孔材料与硅基多孔材料的质量比为1:99～99:1。
在一些实施例中，所述导电高分子多孔材料、硅基多孔材料的总质量与高分子凝胶前驱体的质量比为50～100:100，亦即，换一种角度讲，所述导电高分子多孔材料与硅基多孔材料的总质量为高分子凝胶前驱体质量分数的50％～100％。
在一些实施例中，所述制备方法包括：将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，并进行机械搅拌，从而形成所述混合溶液。亦即，换一种角度讲，所述导电高分子多孔材料与硅基多孔材料分散在高分子凝胶前驱体中的方法包括机械搅拌，且不限于此。
在一些实施例中，步骤(2)中包括：将所述混合溶液搅拌均匀后印刷成膜，形成膜结构。
进一步地，步骤(2)所述印刷形成的膜结构的厚度为1～500微米，且不限于此。
在一些实施例中，步骤(2)中所述交联化处理包括高温处理、紫外光照处理等，且不限于此。
进一步地，所述高温处理的温度范围为80～120℃，时间为20～60min，且不限于此。
进一步地，所述紫外光照处理的时间为5～20s，光照强度为10～100mw/cm2。
在一些实施例中，步骤(3)包括：将所述复合凝胶化薄膜先于-20～-40℃定向冷冻1～5小时，再解冻，并反复进行定向冷冻-解冻处理，循环1～4次，之后进行干燥。
进一步地，步骤(3)中所述定向冷冻-解冻处理具体包括将复合凝胶化薄膜铺展在金属板上，定向低温-20～-40℃冷冻1～5小时，冷冻-解冻循环1～4次。
在一些实施例中，步骤(3)所述干燥的方式包括常压干燥、减压干燥、真空干燥、超临界二氧化碳干燥等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述常压干燥的干燥温度为60～140℃，干燥时间为10～60min。
进一步地，所述减压干燥的干燥温度为40～100℃，干燥时间为10～60min。
进一步地，所述真空干燥的干燥温度为30～100℃，干燥时间为10～60min。
进一步地，所述超临界二氧化碳干燥的干燥温度为35～45℃，干燥压力为9～17MPa，干燥时间为1～10h。
综上，本发明提供的高通量复合膜的制备方法，实现高通量和光谱吸附，适合于直接吸吮净化水。
作为本发明技术方案的另一个方面，其还涉及由前述方法制备的高通量复合膜，所述高通量复合膜的厚度为1～500微米，水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01～100Pa，水在自身重力作用下能快速透过该复合膜，能过滤99.99％以上的致病细菌，吸附99.9％以上重金属离子、染料、抗生素和芥子气、沙林等有毒气体等。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述高通量复合膜在制备净化装置中的用途。
进一步地，所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置等，但不限于此。
进一步地，所述空气净化装置包括防毒呼吸鼻罩，但不限于此。
进一步地，所述水净化装置包括便携式快速净化水杯或水管等，但不限于此。
进一步地，将该复合膜折叠封装，可用于制备便携式快速净化水杯、水管、防毒呼吸鼻罩等，但不限于此。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种净化装置的制备方法，其包括：
将前述高通量复合膜折叠封装，并留设端口，或者，将高通量复合膜叠加5～20层，之后装设于净化装置中。
进一步地，所述方法包括：将高通量复合膜折叠封装，留一端口，可用于水杯的快速净化或用于防护呼吸鼻罩。
进一步地，所述方法包括：将高通量复合膜叠加5～20层，做成圆片，用于快速水净化直饮管。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种净化装置，其包含前述高通量复合膜。
进一步地，所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置等，但不限于此。
综上所述，藉由前述技术方案，本发明通过结构和组份设计合成一种高通量复合膜，所述高通量复合膜的厚度为1～500微米，水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01～100Pa，水在自身重力作用下能快速透过该复合膜，能过滤99.99％以上的致病细菌，吸附99.9％以上重金属离子、染料、抗生素和芥子气、沙林等有毒气体等。
以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，以下所述的具体实施例仅用于进一步说明和解释本发明，并非是对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
(1)复合前驱体的制备：将1g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围500纳米-300微米、比表面积1000m2/g)和99g介孔氧化硅微粉(尺寸1～500微米、比表面积1200m2/g)分散在200g聚四氟乙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备500微米厚的复合膜、在120℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-20℃冷冻5小时，再融化，重复2次。再采用超临界二氧化碳干燥(干燥温度为35℃，干燥压力为9MPa)，干燥10h得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图2为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例2
(1)复合前驱体的制备：将20g聚苯胺泡沫微粉(直径范围100纳米-100微米、比表面积100m2/g)和80g氧化硅气凝胶微粉(尺寸100～1000纳米、比表面积820m2/g)分散在100g聚苯乙烯的甲苯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备412微米厚的复合膜、在80℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-40℃冷冻1小时，再融化，重复4次。再采用减压干燥(干燥温度为40℃)60min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图3为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例3
(1)复合前驱体的制备：将40g聚噻吩介孔微粉(直径范围900纳米-400微米、比表面积700m2/g)和60g氧化硅气凝胶微粉(尺寸1～500微米、比表面积520m2/g)分散在150g聚乙烯醇水溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备369微米厚的复合膜、在紫外光下照射20秒固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-25℃冷冻3小时，再融化，重复3次。再采用减压干燥(干燥温度为100℃)10min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图4为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例4
(1)复合前驱体的制备：将50g聚噻吩气凝胶微粉(直径范围800纳米-200微米、比表面积460m2/g)和50g介孔硅微粉(尺寸1～200微米、比表面积920m2/g)分散在180g涤纶树脂溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备130微米厚的复合膜、在紫外光下照射5秒固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-30℃冷冻2小时，再融化，重复2次。再采用常压干燥(干燥温度为60℃)60min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图5为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例5
(1)复合前驱体的制备：将70g聚乙炔介孔微粉(直径范围200-300微米、比表面积760m2/g)和30g介孔硅微粉(尺寸50～200微米、比表面积300m2/g)分散在150g聚丙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备20微米厚的复合膜、在80℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-35℃冷冻2小时，再融化，重复1次。再采用常压干燥(干燥温度为140℃)10min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，其他参数请参见表1。
实施例6
(1)复合前驱体的制备：将90g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围20-500微米、比表面积260m2/g)和10g介孔硅微粉(尺寸100～200微米、比表面积760m2/g)分散在100g甲基纤维素溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备1微米厚的复合膜、在100℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-30℃冷冻4小时，再融化，重复3次。再采用真空干燥(干燥温度为30℃)60min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，其他参数请参见表1。
实施例7
(1)复合前驱体的制备：将99g聚乙炔介孔微粉(直径范围200-300微米、比表面积760m2/g)和1g硅基分子筛(尺寸200-300微米、比表面积400m2/g)分散在200g海藻酸钠水溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备230微米厚的复合膜、在100℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-30℃冷冻4小时，再融化，重复3次。再采用真空干燥(干燥温度为100℃)10min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图2为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例8
(1)复合前驱体的制备：将50g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围500纳米-300微米、比表面积1000m2/g)和50g硅基分子筛(尺寸100～400微米、比表面积630m2/g)分散在100g聚酰亚胺溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备375微米厚的复合膜、在110℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-40℃冷冻3小时，再融化，重复4次。再采用减压干燥(干燥温度为100℃)10min，得到高通量复合膜。图1为该高通量复合膜的合成路线示意图，图2为所获高通量复合膜的扫描电子显微镜图，其他参数请参见表1。
实施例9
本实施例与实施例8基本一致，不同之处在于：步骤(1)中的聚酰亚胺溶液替换为海藻酸钠，步骤(3)中采用超临界二氧化碳干燥，温度为45℃，干燥压力为17MPa，干燥时间为1h。
实施例10
将实施例1制备得到的高通量复合膜取5cm×30cm，按5mm长度折叠60次制备成圆筒状，封装成图6所示滤芯，检测水通量达500L/m2hPa，透过压力100Pa，大肠杆菌去除率达99.99％，汞、镉等金属离子和罗丹明B等有机染料去除率达99.9％，芥子气、沙林等毒气去除率达99.9％。
实施例11
将实施例5制备得到的高通量复合膜裁剪为10mm直径的圆片，20层叠加一起，用金属网两端固定，制备成图7所述直饮管，经检测，该直饮管质量60g，通量达812L/m2hPa，透过压力2Pa，大肠杆菌去除率达99.99％，汞、镉等金属离子和罗丹明B等有机染料去除率达99.9％。
表1实施例1-8所获高通量复合膜的物理参数
Figure BDA0002807511140000091
对照例1
(1)复合前驱体的制备：将99g介孔氧化硅微粉(尺寸1～500微米、比表面积1200m2/g)分散在200g聚四氟乙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备500微米厚的复合膜、在120℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-20℃冷冻5小时，再融化，重复2次。再采用超临界二氧化碳干燥(35℃、9mPa)干燥10h，得到复合膜。
本对照例最终所获复合膜的水通量500L/m2hPa，透过压力100Pa，大肠杆菌去除率为31％，汞、镉、铜离子和罗丹明B去除率为21％，芥子气、沙林过滤去除率为51％。
对照例2
(1)复合前驱体的制备：将1g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围500纳米-300微米、比表面积1000m2/g)分散在200g聚四氟乙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备500微米厚的复合膜、在120℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-20℃冷冻5小时，再融化，重复2次。再采用超临界二氧化碳干燥(35℃、9MPa)干燥10h，得到复合膜。
本对照例最终所获复合膜的水通量320L/m2hPa，透过压力1560Pa，大肠杆菌去除率为36％，汞、镉、铜离子和罗丹明B去除率为29％，芥子气、沙林过滤去除率为47％。
对照例3
(1)复合前驱体的制备：将1g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围500纳米-300微米、比表面积1000m2/g)和99g介孔氧化硅微粉(尺寸1～500微米、比表面积1200m2/g)分散在200g聚四氟乙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备500微米厚的复合膜。
(3)将复合薄膜铺展在金属冷冻台上，于-20℃冷冻5小时，再融化，重复2次。再采用超临界二氧化碳干燥(35℃、9MPa)干燥10h，得到复合膜。
本对照例最终所获复合膜的水通量950L/m2hPa，透过压力200Pa，大肠杆菌去除率为11％，汞、镉、铜离子和罗丹明B去除率为9％，芥子气、沙林过滤去除率为6％。
对照例4
(1)复合前驱体的制备：将1g聚吡咯气凝胶微粉(直径范围500纳米-300微米、比表面积1000m2/g)和99g介孔氧化硅微粉(尺寸1～500微米、比表面积1200m2/g)分散在200g聚四氟乙烯溶液中，机械搅拌混合。
(2)复合凝胶化薄膜的制备：将上述混合液混合均匀，滚筒印刷法制备500微米厚的复合膜、在120℃固化交联，得到复合凝胶化薄膜。
(3)将复合凝胶化薄膜铺展在金属冷冻台上，于-20℃冷冻5小时。再采用超临界二氧化碳干燥(35℃、9MPa)干燥10h，得到复合膜。
所获复合膜的水通量310L/m2hPa，透过压力30Pa，大肠杆菌去除率为76％，汞、镉、铜离子和罗丹明B去除率为55％，芥子气、沙林过滤去除率为32％。
此外，本案发明人还参照实施例1-实施例9的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，例如，将实施例1-9中的高分子凝胶前驱体分别替换为纤维素、聚芳纶、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺等，并同样获得了具有类似性能的高通量复合膜。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (26)

1.一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于包括：
将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，形成混合溶液；
使所述混合溶液形成膜结构，并进行交联化处理，形成复合凝胶化薄膜；
对所述复合凝胶化薄膜进行定向冷冻-解冻处理，之后干燥，获得高通量复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述导电高分子多孔材料包括聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔中的任意一种或两种以上的组合的共聚物泡沫或气凝胶微粉；和/或，所述导电高分子多孔材料的尺寸为100nm~500μm；和/或，所述导电高分子多孔材料的比表面积为100~1200m2/g。
3.根据权利要求1所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述硅基多孔材料包括介孔氧化硅微粉、氧化硅气凝胶微粉、介孔硅微粉、硅基分子筛中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述硅基多孔材料的尺寸为100nm~500μm；和/或，所述硅基多孔材料的比表面积为100~1200m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述高分子凝胶前驱体包括由涤纶树脂、聚乙烯醇、海藻酸钠、纤维素、甲基纤维素、聚芳纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的任意一种或两种以上的组合形成的饱和溶液；
和/或，所述导电高分子多孔材料与硅基多孔材料的质量比为1:99~99:1；
和/或，所述导电高分子多孔材料、硅基多孔材料的总质量与高分子凝胶前驱体的质量比为50~100:100；
和/或，所述制备方法包括：将导电高分子多孔材料和硅基多孔材料均匀分散于高分子凝胶前驱体中，并进行机械搅拌，从而形成所述混合溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于包括：将所述混合溶液搅拌均匀后印刷成膜，形成膜结构；和/或，所述膜结构的厚度为1~500μm；和/或，所述交联化处理包括高温处理和/或紫外光照处理。
6.根据权利要求5所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述高温处理的温度为80~120℃，时间为20~60min。
7.根据权利要求5所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述紫外光照处理的时间为5~20s，光照强度为10~100mw/cm2。
8.根据权利要求1所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于包括：将所述复合凝胶化薄膜先于-20~-40℃定向冷冻1~5小时，再解冻，并反复进行定向冷冻-解冻处理，循环1~4次，之后进行干燥；和/或，所述干燥的方式包括常压干燥、减压干燥、真空干燥、超临界二氧化碳干燥中的任意一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求8所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述常压干燥的温度为60~140℃，时间为10~60min。
10.根据权利要求8所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述减压干燥的温度为40~100℃，时间为10~60min。
11.根据权利要求8所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的温度为30~100℃，时间为10~60min。
12.根据权利要求8所述的一种高通量复合膜的制备方法，其特征在于：所述超临界二氧化碳干燥的温度为35~45℃，干燥压力为9~17MPa，干燥时间为1~10h。
13.由权利要求1-12中任一项所述的一种高通量复合膜的制备方法制得的高通量复合膜，所述高通量复合膜的厚度为1~500μm，水通量大于500L/m2·h·Pa，透过压力为0.01~100Pa，且能够允许水在自身重力作用下透过，对致病细菌的去除率在99.99%以上，对重金属离子、染料、抗生素或有毒气体的吸附率在99.9%以上。
14.根据权利要求13所述的高通量复合膜，其特征在于：所述有毒气体包括芥子气和/或沙林。
15.权利要求13所述的高通量复合膜在制备净化装置中的用途。
16.根据权利要求15所述的高通量复合膜在制备净化装置中的用途，其特征在于：所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置。
17.根据权利要求16所述的高通量复合膜在制备净化装置中的用途，其特征在于：所述空气净化装置包括防毒呼吸鼻罩。
18.根据权利要求16所述的高通量复合膜在制备净化装置中的用途，其特征在于：所述水净化装置包括净化水杯或水管。
19.一种净化装置的制备方法，其特征在于包括：
将权利要求13或14所述的高通量复合膜折叠封装，并留设端口，或者，将权利要求13或14所述的高通量复合膜叠加5~20层，之后装设于净化装置中。
20.根据权利要求19所述的一种净化装置的制备方法，其特征在于：所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置。
21.根据权利要求20所述的一种净化装置的制备方法，其特征在于：所述空气净化装置包括防毒呼吸鼻罩。
22.根据权利要求20所述的一种净化装置的制备方法，其特征在于：所述水净化装置包括净化水杯或水管。
23.一种净化装置，其特征在于包含权利要求13或14所述的高通量复合膜。
24.根据权利要求23所述的净化装置，其特征在于：所述净化装置包括空气净化装置或水净化装置。
25.根据权利要求24所述的净化装置，其特征在于：所述空气净化装置包括防毒呼吸鼻罩。
26.根据权利要求24所述的净化装置，其特征在于：所述水净化装置包括净化水杯或水管。
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