[发明专利]非结晶型永久亲水聚偏氟乙烯膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了了一种亲水聚偏氟乙烯膜材料及其制备方法；尤其是一种非结晶或者无定形结构为主的高强度、永久亲水性聚偏氟乙膜材料结构及其制备方法。

技术背景

近年来，多孔有机膜材料在工业废水和市政污水的处理中表现出色，由于膜材料的制造成本大幅度降低和污水处理技术如膜生物反应器技术逐渐成熟，膜技术在环境保护中成为最为重要的技术之一。膜材料污水处理主要包括两个过程：第一是采用常规活性污泥水处理技术将污水中的有机物消耗掉，然后经过沉降，最后通过多孔膜将细菌，病毒以及悬浮物和颗粒杂质等过滤掉；该技术在不改变原有污水处理过程的基础上，出水水质大大提高；第二个是膜生物反应器技术，将膜材料直接与污性污泥水处理过程结合，将洁净的水从活性污泥中过滤出来；该技术自动化程度高，将膜材料和活性污泥耦合，可以实现比常规活性污泥污水处理过程中高得多的活性污泥固含量，从而实现高效率的污水处理，对污水中的养分的处理能力大大提高，出水水质也大大提高，同时高活性污泥固含量可以实现相同规模占地面积条件下更高的污水处理能力或者在同一处理能力要求下更加小的规模，减少活性污泥排放量。无论采用那种技术，膜材料容易被水源中含有机、无机、生物物质等污染，而失去原有的分离性能。膜材料的污染导致膜通透量的降低，需要进行比较频繁的化学清洗，这就要求膜材料具有较高的抗化学清洗能力，即抗强酸，强碱和强氧化性等。聚偏氟乙烯(PVDF)材料具有的独特材料性能(抗化学腐蚀，抗氧化以及柔韧性等)，成为膜生物反应器技术中最为重要的材料。现有的聚偏氟乙烯膜材料存在主要不足有膜材料亲水性能差，材料强度低。本发明公开了一种以非结晶或者无定性机构为主的高强度，永久亲水行聚偏氟乙烯膜材料的结构及制备方法。根据材料制备的手段，针对结晶结构和亲水性将偏氟乙烯膜材料的制备相关专利文献总结如下。

专利CN1579601公开了一种干-湿法纺丝工艺纺丝制备聚偏氟乙烯树中空纤维膜，原料液中包括15-35wt％的聚偏氟乙烯树脂固体物质、60-80wt％的纺丝溶剂、1～5wt％的亲水性大分子和1～9wt％的致孔剂的纺丝原液经制得，其中亲水性大分子为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和/或聚氧乙烯，专利没有提及聚偏氟乙烯高分子在膜材料中的是否以非结晶形态为主要结构，也没有涉及膜材料得永久亲水性问题。专利CN1579602公开了一种聚偏氟乙烯材料亲水化的方法，所获得膜材料为非对称结构的烧结α-氧化铝/聚偏氟乙烯共混中空纤维膜。该方法以聚偏氟乙烯为原料，先在聚偏氟乙烯的良溶剂里面分散烧结α-氧化铝，使之与加入的聚偏氟乙烯产生反应，形成混合液；然后往混合液中添加亲水性化合物，该亲水性化合物与上述混合液反应，得到一定粘度的制膜液。将该制膜液通过相转化法制备中空纤维膜。美国专利US6024872公开了一种采用α-氧化铝和聚偏氟乙烯高分子形成复合材料的制备超滤、微滤膜材料的方法，在膜制备溶液中加入聚乙烯醇和α-氧化铝和聚偏氟乙烯高分子形成的复合物参与反应，提高膜材料的通透性能50％以上。专利CN1687222公开了聚偏氟乙烯改性膜制备方法，该法中采用将平均粒径为1～20nm的二氧化钛与聚偏氟乙烯共混改性方法，改善了聚偏氟乙烯的亲水性，所得聚偏氟乙烯膜不易被污染。专利所提及的膜材料结晶度相对偏高，强度难以保证；在制膜溶液中加入无机材料，改善了聚偏氟乙烯的亲水性，三是由于聚偏氟乙烯和这些无机材料无法形成微观角度上的交联，不能确保膜材料的永久亲水性。