CN114042384B - 一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜及其制备方法，包括以下步骤：(1)、以疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜为衬底，对所述衬底表面依次进行活化、清洁、干燥预处理；(2)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面沉积电催化亲水层；(3)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一表面沉积绝缘亲水层。通过设置电催化亲水/疏水/亲水三明治结构，可以降低蒸馏膜在使用过程中的能耗，确保蒸馏膜维持持久高渗透通量，增加使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及水处理膜技术领域，具体涉及一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜及其制备方法。
背景技术
水是人类生存必不可少的资源。随着工业社会的发展，水污染及水资源匮乏已经成为制约人类可持续、高质量发展的主要挑战。因此，污水处理技术和水资源再生技术逐渐成为当前工业社会重要的绿色技术。
在对污水进行处理的过程中，膜分离技术是应用最为广泛的一种绿色技术，通过外加驱动力的驱使，使得污水混合体系中的水与污染物或杂质被分离膜分离，可以得到净化后的水。目前，膜分离技术常见于苦咸水和海水淡化、生活和工业废水深度处理等领域。
现有的蒸馏膜主要有亲水蒸馏膜、疏水蒸馏膜、亲水/疏水蒸馏膜、疏水/亲水蒸馏膜四大类。发明人在实际应用中发现，这四类蒸馏膜在渗透通量、稳定性、能耗等方面或多或少存在一定的不足，使得水处理效率低下，需要经常更换处理膜而成本高，能耗高而不环保。
因此，基于现有的膜分离技术中所存在的上述不足，本申请旨在提供一种低能耗、持久高渗透通量的蒸馏膜。
发明内容
为了解决现有的膜分离技术中所存在的能耗高，渗透通量不稳定、不足等问题，本申请提供一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜及其制备方法。
一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜及其制备方法，包括以下步骤：
(1)、以疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜为衬底，对所述衬底表面依次进行活化、清洁、干燥预处理；
(2)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面沉积电催化亲水层；
(3)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一表面沉积绝缘亲水层。
具体而言，所述活化处理为：
采用氢氧化钾、氢氧化钠、乙醇钠或过硫酸钾作为活化剂对所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜表面进行活化处理，所述活化剂的浓度为0.01-0.05mol/L，活化处理的时间为1-5min。通过活化处理，可以适当改善疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜表面的润湿性，并形成少量自由基，有利于后续的亲水性膜层的沉积。
其中，如果所述活化剂的浓度超过0.05mol/L，则在活化处理的过程中，活化剂不仅会破坏疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜表面的疏水性，还会渗透到衬底内部，破坏整个多孔结构的衬底内部的疏水性；如果所述活化剂的浓度低于0.01mol/L，则存在不能有效改善所述衬底表面的润湿性的问题。类似地，所述活化处理的时间也需要很好地控制，当活化处理的时间过长，特别是超过5min后，即便所述活化剂的浓度是低于0.01mol/L，也存在破坏整个多孔结构的衬底内部的疏水性的风险；当所述活化处理的时间过短，特别是活化处理的时间不足1min时，也存在不能有效改善所述衬底表面的润湿性的问题。
进一步地，所述步骤(2)具体为：
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为(1-3)：5:(1-3)的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.05-0.1wt.％的混合分散液，通过压滤或喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经步骤(1)预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在80-100℃的烘箱中热处理1-2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，并将纳米二氧化钛负载在氧化石墨烯片层上，得到中间产物A。
然后，将中间产物A用高纯氮气还原，得到中间产物B；所述还原温度为300-350℃，所述还原时间为20-30min，以将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，提高导电性。
最后，将中间产物B浸泡在1-3mmol/L的氯化铁溶液中10-20min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到亲水导电还原氧化石墨烯膜层。
其中，由于氧化石墨烯的亲水性较好、导电性较差，而还原氧化石墨烯的导电性较好、亲水性却较差。为了在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面制得亲水、导电的膜层，发明人发现，用于氧化石墨烯纳米片表面的植酸与铁离子络合物，用在还原后的氧化石墨烯片上，不仅能够延续超亲水性能，还能够获得优异的导电性，被还原的氧化石墨烯既能够提供优异的导电性，又不会因为氧化水墨烯表面的含氧基团被还原后而影响整体的亲水性。
而且，亲水性的植酸与铁离子的络合能够快速润湿表面的水分子，并促进表面的水分子溶解，进而引导水分子在还原氧化石墨烯片之间快速传输，到达中间的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
特别地，还原氧化石墨烯具有优异的导电性，通过对亲水导电还原氧化石墨烯膜层进行通电加热，可以对蒸馏膜附近区域的料液进行局部有效加热，促进水分子的渗透传输，提高渗透通量和传输效率。通过对亲水导电还原氧化石墨烯膜层进行通电加热，实现了仅对蒸馏膜附近区域的料液进行局部有效加热，避免了对全部料液加热所造成的能源浪费。
纳米二氧化钛具有良好的光电催化性能，可以有效缓解水处理膜的膜污染问题，增强蒸馏膜的使用寿命。
进一步地，所述步骤(3)中，所述绝缘亲水层是以有机硅作为母体材料，掺杂有MOF(Metal-Organic-Frameworks，金属有机框架材料)的MOF-有机硅多孔膜层。
进一步地，所述MOF材料包括CAU-1、ZIF-8、NH2-UiO-66中的一种或者几种。所述MOF材料的粒径为0.05-1um。
其中，通过在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一表面沉积绝缘亲水层，可以得到电催化亲水/疏水绝缘/亲水绝缘的三层结构。由于电催化亲水层可以进行加热，使得料液侧的水分子的势能相对较高，产水侧水分子的势能相对较低，从而使得水分子具有从料液侧向产水侧输送的驱动力。同时，由于产水侧也是亲水绝缘层，该亲水绝缘层更趋向于将具有高势能的水分子润湿和溶解，即趋向于透过中间的疏水绝缘层的通孔形成的水分子输送通道将位于料液侧的电催化亲水层中所润湿和溶解的水分子“牵引”至位于产水侧的亲水绝缘中。而且，中间的疏水绝缘层的通孔形成的水分子输送通道对水分子的输送阻力极小，几乎可以忽略，因此，料液侧的水分子能够在相对较小的势能驱动下即可实现由电催化亲水层到亲水绝缘层之间的传输。本申请的蒸馏膜可以超时间使用，并维持高渗透通量和传输效率。
更进一步地，本申请所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的两个表面均具有贯穿的通孔，所述通孔的平均直径0.1-5um，所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的两个表面的开口率均是50％以上，所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度为20-50um。
并且，优选地，所述通孔的平均直径(D，以um计)与所述厚度(h，以um计)还应当满足以下关系：D/h≥1/50。通孔直径与膜厚比过小，会使得水分子在中间疏水绝缘层的传输阻力增加，不利于蒸馏膜的渗透通量和传输效率。
本申请还提供了一种一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜，具有三层结构，从料液侧到产水侧依次为亲水导电层、疏水绝缘层、亲水绝缘层，具体使用前述的一种亲水导电蒸馏膜的制备方法制备得到。
进一步地，本申请还提供了一种亲水导电蒸馏膜的使用方法，所述亲水导电蒸馏膜具有三层结构，从料液侧到产水侧依次为亲水导电层、疏水绝缘层、亲水绝缘层，将亲水导电层设置在料液侧，亲水绝缘层设置在产水侧，对亲水导电层进行加热，并在产水侧设置吹扫冷却气流，以将料液侧和产水侧的温差维持在5-50℃。
通过在产水侧设置吹扫冷却气流，可以降低亲水导电层通电加热的热辐射对产水侧的加热效果。进一步将将料液侧和产水侧的温差维持在5-50℃，可以确保料液侧和产水侧的水分子具有合适的势能差，保证了渗透通量的稳定性、持久性，以及蒸馏膜的传输效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本申请的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，包括以下步骤：
首先，选择合适的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜作为衬底，本实施例中所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径约为1um，表面的开口率约为55.2％，疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度约为24.5um。
然后，对疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底进行活化处理，活化处理使用的活化剂为0.02mol/L的氢氧化钠溶液，将疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底浸没在0.02mol/L的氢氧化钠溶液中3min，待活化处理结束后，依次进行清洗、干燥预处理处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为3:5:2的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.1wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在90℃的烘箱中热处理2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
以高纯氮气为还原剂，在300℃，对中间产物A进行还原处理20min，得到中间产物B。
将中间产物B浸泡在2mmol/L的氯化铁溶液中15min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到一个表面具有亲水导电还原氧化石墨烯膜层的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面喷涂ZIF-8-有机硅前驱体溶液中，然后放于80℃烘箱中干燥2小时，以在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面得到ZIF-8-有机硅多孔膜层，其中，ZIF-8的粒径约为0.5um。
实施例2
一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，包括以下步骤：
首先，选择合适的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜作为衬底，本实施例中所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径约为0.2um，表面的开口率约为52.3％，疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度约为26.5um。
然后，对疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底进行活化处理，活化处理使用的活化剂为0.02mol/L的氢氧化钠溶液，将疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底浸没在0.02mol/L的氢氧化钠溶液中3min，待活化处理结束后，依次进行清洗、干燥预处理处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为2:5:3的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.05wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在90℃的烘箱中热处理2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
以高纯氮气为还原剂，在300℃，对中间产物A进行还原处理20min，得到中间产物B。
将中间产物B浸泡在2mmol/L的氯化铁溶液中15min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到一个表面具有亲水导电还原氧化石墨烯膜层的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面喷涂ZIF-8-有机硅前驱体溶液中，然后放于80℃烘箱中干燥2小时，以在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面得到ZIF-8-有机硅多孔膜层，其中，ZIF-8的粒径约为0.5um。
实施例3
一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，包括以下步骤：
首先，选择合适的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜作为衬底，本实施例中所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径约为0.5um，表面的开口率约为51.0％，疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度约为22.8um。
然后，对疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底进行活化处理，活化处理使用的活化剂为0.04mol/L的氢氧化钠溶液，将疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底浸没在0.04mol/L的氢氧化钠溶液中2min，待活化处理结束后，依次进行清洗、干燥预处理处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为3:5:3的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.08wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在80℃的烘箱中热处理2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
以高纯氮气为还原剂，在330℃，对中间产物A进行还原处理20min，得到中间产物B。
将中间产物B浸泡在3mmol/L的氯化铁溶液中10min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到一个表面具有亲水导电还原氧化石墨烯膜层的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面喷涂NH2-UiO-66-有机硅前驱体溶液中，然后放于85℃烘箱中干燥2小时，以在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面得到NH2-UiO-66-有机硅多孔膜层，其中，NH2-UiO-66的粒径约为0.3um。
实施例4
一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，包括以下步骤：
首先，选择合适的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜作为衬底，本实施例中所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径约为4um，表面的开口率约为58.4％，疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度约为35.8um。
然后，对疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底进行活化处理，活化处理使用的活化剂为0.05mol/L的氢氧化钠溶液，将疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底浸没在0.05mol/L的氢氧化钠溶液中1min，待活化处理结束后，依次进行清洗、干燥预处理处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为1:5:1的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.1wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在100℃的烘箱中热处理1h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
以高纯氮气为还原剂，在350℃，对中间产物A进行还原处理25min，得到中间产物B。
将中间产物B浸泡在3mmol/L的氯化铁溶液中20min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到一个表面具有亲水导电还原氧化石墨烯膜层的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面喷涂CAU-1-有机硅前驱体溶液中，然后放于90℃烘箱中干燥2小时，以在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面得到CAU-1-有机硅多孔膜层，其中，CAU-1的粒径约为1um。
对比例1
一种蒸馏膜的制备方法，仅有两层结构，电催化亲水层位于料液侧，疏水绝缘层位于产水侧，亲水导电层和疏水绝缘层参照实施例1。
以通孔的平均直径约为1um、表面的开口率约为55.2％、厚度约为24.5um的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜为衬底，对其一个表面用0.02mol/L的氢氧化钠溶液活化处理3min，然后进行清洗、干燥预处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为3:5:2的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.1wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在80℃的烘箱中热处理2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
以高纯氮气为还原剂，在330℃，对中间产物A进行还原处理20min，得到中间产物B。
将中间产物B浸泡在3mmol/L的氯化铁溶液中10min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到对比例1的蒸馏膜。
对比例2
一种蒸馏膜的制备方法，仅有两层结构，与对比例1的区别仅在于：电催化亲水层位于产水侧，疏水绝缘层位于料液侧。其余与对比例1完全相同。
对比例3
一种蒸馏膜的制备方法，所述蒸馏膜，具有三层结构，从料液侧到产水侧依次为催化亲水层、疏水绝缘层、亲水绝缘层，包括以下步骤：
首先，选择合适的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜作为衬底，本实施例中所使用的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径约为1um，表面的开口率约为55.2％，疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度约为24.5um。
然后，对疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底进行活化处理，活化处理使用的活化剂为0.02mol/L的氢氧化钠溶液，将疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜衬底浸没在0.02mol/L的氢氧化钠溶液中3min，待活化处理结束后，依次进行清洗、干燥预处理处理。
将植酸、氧化石墨烯、纳米二氧化钛按照质量比为3:5:2的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.1wt.％的混合分散液，通过喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化水墨烯片负载在经预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在90℃的烘箱中热处理2h，使植酸、氧化水墨烯和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，得到中间产物A。
将中间产物A浸泡在2mmol/L的氯化铁溶液中15min，使铁离子络合在中间产物A的表面，得到一个表面具有亲水氧化石墨烯膜层的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜。
在疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一个表面喷涂ZIF-8-有机硅前驱体溶液中，其中，ZIF-8的粒径约为0.5um，然后放于80℃烘箱中干燥2小时，得到对比例3的蒸馏膜。
为了更好的评估本申请的蒸馏膜的性能，对实施例1-4和对比例1-3的蒸馏膜进行了以下性能测试：
1、亲水性测试
采用接触角测试仪测试实施例1-4所制备的蒸馏膜与水的接触角，测试结果见表1。
2、纯水通量测试
在0.1MPa的压力下，测试实施例1-4和对比例1-3的蒸馏膜的纯水通量；测试结果见表1。
3、渗透通量测试
以0.35wt.％的NaCl溶液作为蒸馏料液，测试各蒸馏膜的渗透通量。同时，在蒸馏膜持续使用60天后，在此测试各蒸馏膜的渗透通量。
其中，在进行渗透通量测试的过程中，对实施例1-4和对比例1-2的蒸馏膜进行加热，并在蒸馏膜的产水侧设置吹扫冷却气流，以将料液侧和产水侧的温差维持在约15℃。对比例3的蒸馏膜未进行加热。
同时，设置对比例4，对比例4的蒸馏膜与实施例1的蒸馏膜相同，区别仅在于不对对比例4的蒸馏膜进行加热。具体测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，本申请的电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜具有优异的亲水性，纯水通量和渗透通量均比较高，且在连续使用60天后，仍然能够保持较高的渗透通量。特别是在电催化亲水层加热、二氧化钛光电催化去污与产水侧设置吹扫冷却气流相配合的蒸馏工艺下，可以更有效地维持长久的高渗透通量。
Claims (8)
1.一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)、以疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜为衬底，对所述衬底表面依次进行活化、清洁、干燥预处理；
(2)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面沉积电催化亲水层，所述电催化亲水层为亲水导电还原氧化石墨烯膜层；
(3)、在预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的另一表面沉积绝缘亲水层；所述步骤(2)为：
将植酸、氧化石墨烯片、纳米二氧化钛按照质量比为(1-3)：5:(1-3)的比例分散在去离子水中，得到浓度为0.05-0.1wt.％的混合分散液，通过压滤或喷雾的方式，将所述混合分散液中的植酸和氧化石墨烯片负载在经步骤(1)预处理后的疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的一个表面，然后在80-100℃的烘箱中热处理1-2h，使植酸、氧化石墨烯片和聚酰亚胺表面的少量自由基之间相互交联固化，并将纳米二氧化钛负载在氧化石墨烯片上，得到中间产物A；
然后，将中间产物A用高纯氮气还原，得到中间产物B；所述还原温度为300-350℃，所述还原时间为20-30min，以将氧化石墨烯片还原成还原氧化石墨烯片，提高导电性；
最后，将中间产物B浸泡在1-3mmol/L的氯化铁溶液中10-20min，使铁离子络合在中间产物B的表面，得到亲水导电还原氧化石墨烯膜层。
2.如权利要求1所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，其特征在于，所述活化处理为： 采用氢氧化钾、氢氧化钠、乙醇钠或过硫酸钾作为活化剂对所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜表面进行活化处理，所述活化剂的浓度为0.01-0.05mol/L，活化处理的时间为1-5min。
3.如权利要求1所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述绝缘亲水层是以有机硅作为母体材料，掺杂有MOF的MOF-有机硅多孔膜层。
4.如权利要求3所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，其特征在于，所述MOF材料包括CAU-1、ZIF-8、NH2-UiO-66中的一种或者几种，和/或所述MOF材料的粒径为0.05-1um。
5.如权利要求1或2所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，其特征在于，所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的通孔的平均直径D为0.1-5um，和/或所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的两个表面的开口率均在50％以上，和/或所述疏水性聚酰亚胺多孔绝缘膜的厚度h为20-50um。
6.如权利要求5所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的制备方法，其特征在于，所述通孔的平均直径D与所述厚度h满足以下关系：D/h≥1/50。
7.一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。
8.如权利要求7所述的一种电催化亲水/疏水/亲水三明治结构导电蒸馏膜的使用方法，将电催化亲水层设置在料液侧，绝缘亲水层设置在产水侧，对电催化亲水层进行加热，并在产水侧设置吹扫冷却气流，以将料液侧和产水侧的温差维持在5-50℃。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102492313A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-13 | 四川大学 | 二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米片材料及其制备方法 |
| CN107020017A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-08 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种抗污染复合蒸馏膜及其制备方法与应用 |
| CN108159889A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-15 | 江苏大学 | 一种超亲水-超疏油的还原氧化石墨烯滤膜及用途 |
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| CN110354695A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 导电疏水膜、其制备方法及包含其的电热膜蒸馏组件 |
| CN112934003A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-11 | 天津大学 | 一种超亲水氧化石墨烯复合膜及制备和应用 |
Family Cites Families (1)
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Patent Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN102492313A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-13 | 四川大学 | 二氧化钛与氧化石墨烯复合纳米片材料及其制备方法 |
| CN107020017A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-08 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种抗污染复合蒸馏膜及其制备方法与应用 |
| CN108159889A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-15 | 江苏大学 | 一种超亲水-超疏油的还原氧化石墨烯滤膜及用途 |
| CN109134894A (zh) * | 2018-07-01 | 2019-01-04 | 常州大学 | 一面疏水导电一面亲水绝缘的双层薄膜的制备方法 |
| CN110354695A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 导电疏水膜、其制备方法及包含其的电热膜蒸馏组件 |
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