[发明专利]一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机/有机杂化分离技术领域，具体涉及一种尤其适用于水处理和空气净化领域、可作为超滤膜或微滤膜应用的新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜及其制备方法。

背景技术

纳米级二氧化钛（TiO₂），亦称钛白粉，直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末，具有抗菌、自洁净、抗老化等性能，在抗紫外材料、抗菌自洁净材料、光催化触媒、空气净化和水处理等很多领域里有应用广泛。但纳米TiO₂具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米TiO₂在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。近年来．制备含有纳米TiO₂的有机一无机杂化材料以实现两者的优势互补已成为材料科学研究的热点。有机无机杂化膜在有机基体中引入无机组分，可增强膜的机械强度、提高膜的热稳定性、改善和修饰膜的孔结构和分布、提高膜的耐溶剂性、调整疏水平衡、控制膜溶胀、提高膜的选择性和渗透性等，这种杂化膜材料具有良好的物化稳定性、呈现出高的分离性能，且具有良好的成膜性。多巴胺的邻苯二酚基团很容易被空气中的氧所氧化，生成具有邻苯二醌结构的多巴胺醌化合物。多巴胺和多巴胺醌之间发生反歧化反应，产生半醌自由基，偶合形成交联键，同时在基体材料表面形成紧密附着的交联复合层，可在较大程度上提高基体表面亲水性。

发明内容

本发明旨在通过改善材料的亲水性提高膜的分离性能，基于二氧化钛纳米颗粒与多巴胺复合技术、无机有机杂化膜的结合应用，提供一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜及其制备方法的技术方案，以获得新型的含有纳米TiO₂的有机一无机杂化膜材料，充分实现纳米TiO₂与有机一无机杂化材料的优势互补。

所述的一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜，其特征在于以分散性良好的二氧化钛纳米颗粒为基础，在二氧化钛纳米颗粒上包覆一层含大量羟基基团的多巴胺，然后与平板膜材料共混后溶于有机溶剂，通过相转换法制备获得所述的二氧化钛纳米颗粒/聚合物混合杂化膜。

所述的一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜，其特征在于所述的二氧化钛颗粒通过钛酸四丁酯合成制得，合成步骤包括：

1）将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制出钛酸四丁酯无水乙醇溶液；

2）向钛酸四丁酯无水乙醇溶液中添加去离子水并调节pH值,搅拌至反应液中形成胶体，然后进行离心、过滤和干燥处理；

3）将步骤2）中干燥后获得的固体颗粒进行烧结处理获得二氧化钛纳米颗粒。

所述的一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜，其特征在于所述的平板膜材料为微滤膜或超滤膜，采用聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯晴、聚酯类、聚酰亚胺类或纤维素及其衍生物类中的一种。

所述的一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜，其特征在于所述的有机溶剂为下列之一或其中两种及两种以上的混合物：四氢呋喃、N～甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、氯仿、二氯甲烷、N,N～二甲基甲酰胺、N,N～二甲基乙酰胺等。

所述的一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜，其特征在于的在二氧化钛纳米颗粒上包覆一层含大量羟基基团的多巴胺的处理步骤包括：

1）配制有机溶液并调节pH值，将二氧化钛纳米颗粒置于其中，室温下采用超声分散和搅拌至分散均匀；所述有机溶液为Tris-HCl；

2）将多巴胺溶解于上述溶液中，在室温条件下敞开与空气搅拌，至获得包覆有多巴胺的二氧化钛纳米颗粒；

一种新型二氧化钛纳米颗粒/聚合物杂化膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制出钛酸四丁酯无水乙醇溶液；

2）向钛酸四丁酯无水乙醇溶液中添加去离子水并调节pH值，搅拌至反应液中形成胶体，然后进行离心、过滤和干燥处理获得固体颗粒；

3）将步骤2）中干燥后的固体颗粒进行烧结处理，得到二氧化钛纳米颗粒；

4）配制有机溶液并调节pH值，将步骤3）中所获得的二氧化钛纳米颗粒置于其中，室温下搅拌至分散均匀；

5）将多巴胺溶解于上述溶液中，搅拌至获得包覆有多巴胺的二氧化钛纳米颗粒；

6）将平板膜材料与步骤5）中获得的包覆有多巴胺的二氧化钛纳米颗粒共混后溶于有机溶剂，搅拌后获得均匀的铸膜液，而后将铸膜液依次进行静置、脱泡处理；