[发明专利]一种凹凸棒石-类石墨相氮化碳-聚偏氟乙烯纳米复合超滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种凹凸棒石‑类石墨相氮化碳‑聚偏氟乙烯纳米复合超滤膜及其制备方法。本发明通过将凹凸棒石‑类石墨相氮化碳复合材料同时引入到聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜本体以及膜内、外表面，既可以利用凹凸棒石独特的纳米纤维结构与聚偏氟乙烯形成的三维网状结构从而有效改善纯聚偏氟乙烯超滤膜的结构和强度，增强膜压密性能，又利用凹凸棒石的高亲水性提高膜的渗透性与亲水性，同时更为重要的是能利用处于超滤膜内、外表面和本体的类石墨相氮化碳的光催化性能，实现膜抗污染及自清洁，提升膜分离过程的经济性。

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒石-类石墨相氮化碳-聚偏氟乙烯纳米复合超滤膜及其制备方法，属于膜分离材料技术领域。

背景技术

膜分离技术作为一种集浓缩和分离于一体的高效无污染净化技术，具有操作简单、维护方便、能耗低、适应性强等特点，已广泛应用于化工、电子、食品、医疗和环境保护等领域。膜材料的化学性质和膜结构决定了分离效果，聚偏氟乙烯(PVDF)是一种新兴的、综合性能优良的膜材料，机械强度高，耐酸碱等苛刻环境条件和化学稳定性好，具有突出的介电性、生物相容性、耐热性、高分离精度和高效率的特点，在膜分离领域具有广阔的应用前景。但是聚偏氟乙烯具有较低的表面能和较强的疏水性，致使其水渗透阻力比较高，限制了其在水相分离体系的应用；同时疏水性也导致膜容易遭受污染，劣化其分离性能，并直接影响到膜分离过程的经济性。因此，对聚偏氟乙烯膜进行亲水性改性，提高其渗透性能和抑制污染能力，是改善聚偏氟乙烯膜性能的简便而有效的途径。

共混改性是一种最常用也是最实用的高分子膜改性方法。近年来，将无机纳米粒子与传统高分子膜材料共混，制备亲水性分离膜的方法引起人们的重视，由于无机纳米粒子亲水但不溶于水，可以避免其从膜材料中流失，得到持久的改性效果。无机纳米粒子共混改性以其操作方便、工艺简单亦被广泛应用，通过加入无机纳米粒子提高膜的亲水性，降低膜污染；此外，由于在有机网络中引入无机质点，改善了网络结构，增强了高分子膜的机械性能，提高了热稳定性，使其兼具了高分子膜的韧性和无机膜的耐高温性。目前，用于共混改性的无机纳米粒子如Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂ 和SiO₂等均为颗粒状，这些纳米级的无机颗粒在膜制备和使用过程中会发生脱落，而影响膜的性能和改性效果。相比之下，碳纳米管等一维纳米材料具有超强的力学性能、高的长宽比和高比表面，而且分散在高分子膜中的一维纳米材料，通过高分子链的螺旋缠绕可以有效提高其在膜材料中的稳定性。然而，碳纳米管等人工合成一维纳米材料制备成本高，纯度和产量低下，难以分散，这大大限制了其在膜共混改性中的规模化应用。CN104209018A公开了将纳米凹凸棒石引入高分子膜制备凹凸棒石/聚偏氟乙烯纳米复合超滤膜及其制备方法。通过将纳米凹凸棒石引入聚偏氟乙烯超滤膜，利用凹凸棒石独特的纳米纤维结构及其与聚偏氟乙烯形成的三维网状结构有效改善聚偏氟乙烯超滤膜的结构和强度，同时利用凹凸棒石高亲水特性提高聚偏氟乙烯超滤膜的渗透性、亲水性和抗污染能力。