[发明专利]一种双重仿生构筑膜蒸馏用超疏水膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生界面材料领域，具体涉及一种利用双重仿生构筑超疏水膜的方法。

背景技术

远海岛礁淡水资源匮乏，补给困难。根据具体情况，岛礁发电站产生体量可观的含热海水，鉴于利用膜技术与蒸馏过程相结合的膜蒸馏技术能够有效地对海水进行淡化并能达到饮用水标准。纵观全球的膜蒸馏海水淡化，除了“能源”问题，“膜”是该技术实用化的核心部件。根据Wenzel和Cassie理论，在材料表面构造粗糙结构是制备超疏水膜材料的必备过程。目前对材料表面构造粗糙度的方法主要分为两大类：一是纳米颗粒直接以母液的形式直接嵌入在材料里面，随着纳米颗粒浓度的增大，纳米颗粒逐渐暴露于材料的表面，从而构造了材料表面微纳米粗糙结构。但是，材料表面的皱纹、纳米颗粒的突起会造成为材料的缺陷，从而使其抗拉强度大大降低。其二是在材料的表面进行化学腐蚀从而使得材料的表面带上功能性官能团，一可以通过腐蚀构造粗糙结构，二可以在材料的表面形成反应性的功能基团，然后作为基质来构建膜的粗糙结构。这种方法对材料的表面性质破坏性极大。此外，气相沉积法、机械加工法、光刻掩膜法等，这些制备方法处理工艺复杂，价格昂贵，仪器要求高，不仅增加了材料制备成本，同时也不利于特殊浸润性材料的工业化生产。因此，发明一种价格低廉、操作简单的双重生物仿生技术构造材料表面粗糙结构的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术制备超疏水材料工艺复杂、环境污染大、成本高和疏水性能较低的问题，而提供了一种具有普适性、环境友好、高效快捷构造膜蒸馏用超疏水膜材料表面粗糙结构的方法。

本发明双重仿生构筑膜蒸馏用超疏水膜的方法按以下步骤实现：

一、将基体材料置于多巴胺/聚乙烯亚胺的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲水溶液中进行聚合反应，得到表面带有仿生生物胶的基体材料；

二、对表面带有仿生生物胶的基体材料进行干燥，得到仿生生物胶修饰后的基体材料；

三、将仿生生物胶修饰后的基体材料浸泡于带有负电荷的无机纳米颗粒溶液中，通过缓冲溶液调节体系的pH＝4～4.5进行静电吸附，得到表面粗糙结构的基体材料；

四、对表面粗糙结构的基体材料进行干燥，然后浸泡于疏水剂溶液中进行疏水表面改性，得到疏水化的复合材料；

五、对步骤四得到的疏水化的复合材料行干燥，得到膜蒸馏用超疏水膜。

本发明通过仿生生物胶在不破坏材料表面的同时构建正电荷粘性层，然后将带有负电荷的纳米颗粒通过静电作用组装到材料表面，随后进行疏水表面改性得到膜蒸馏用超疏水膜，其中所述的仿生生物胶为聚多巴胺与聚乙烯亚胺的接枝共聚物，使得生物胶层与膜底有效复合，这种生物胶在具备高效粘性的同时并带有较高的正电荷性。整个聚合反应在三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中进行。

本发明在双重仿生构筑之前无需对材料的表面做任何处理，并在双重仿生构筑之后，能够对具有粗糙结构的基体材料进行进一步疏水改性。本发明制备得到的材料表面为类似荷叶表面的微纳米双微观结构，利用这种双重仿生构筑的微纳米结构不仅不会破坏材料表面的化学性质，而且能够增强材料尤其是多孔材料的力学性能。上述双重仿生技术都是通过简单溶液浸泡方式完成的，容易实现生产放大。为解决传统化学腐蚀、化学捆绑等蛮性方法提供了一种新思路，在超疏水，超亲水、双超疏或选择润湿性分离领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例一步骤三得到的粗糙结构聚酰亚胺多孔膜的扫描电镜图；

图2为图1的放大图；

图3为实施例二步骤三得到的粗糙结构二氧化硅多孔膜的扫描电镜图；

图4为图3的放大图；

图5为实施例三步骤三得到的粗糙结构铜网的扫描电镜图；

图6为图5的放大图；

图7为实施例一得到的超疏水聚酰亚胺多孔膜的接触角测试图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式双重仿生构筑膜蒸馏用超疏水膜的制备方法按以下步骤实现：

一、将基体材料置于多巴胺/聚乙烯亚胺的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲水溶液中进行聚合反应，得到表面带有仿生生物胶的基体材料；

二、对表面带有仿生生物胶的基体材料进行干燥，得到仿生生物胶修饰后的基体材料；

三、将仿生生物胶修饰后的基体材料浸泡于带有负电荷的无机纳米颗粒溶液中，通过缓冲溶液调节体系的pH＝4～4.5进行静电吸附，得到表面粗糙结构的基体材料；

四、对表面粗糙结构的基体材料进行干燥，然后浸泡于疏水剂溶液中进行疏水表面改性，得到疏水化的复合材料；