[发明专利]一种抗污染PTFE-CA/SiNPs复合膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种抗污染PTFE‑CA/SiNPs复合膜的制备方法，特别涉及采用静电纺丝法制备表面抗油污染且具有多孔三维空间网状结构复合膜的方法。本发明通过静电纺丝法在疏水基膜PTFE表面构筑了超亲水抗污染层，制备了PTFE‑CA/SiNPs复合膜，该方法不仅成膜工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产；而且制备的复合膜抗污染性能良好、渗透通量高、化学稳定性强、力学性能良好、截留效率高，具有广泛的应用前景。

【技术领域】

本发明涉及一种抗污染(聚四氟乙烯-醋酸纤维素/纳米硅颗粒)PTFE-CA/SiNPs复合膜的制备方法，特别涉及采用静电纺丝法制备表面抗油污染且具有多孔三维空间网状结构复合膜的方法。该复合膜适用于料液中混有低浓度原油或类烷烃等低表面活性能物质时的膜蒸馏过程，也可作为微滤膜应用于工业或医疗领域微滤及定向选择过滤等过程。

【背景技术】

膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质。由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于热侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出液，高温侧水溶液则成为浓缩液。膜蒸馏过程无须将溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就能够进行，因此又被称为低温膜蒸馏。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求低等优点；此外，膜蒸馏过程可处理高浓度的含盐水，甚至能将溶液浓缩到过饱和状态而结晶析出，即所谓的膜蒸馏结晶技术(吴庸烈，《膜科学与技术》，中国科学院长春应用化学研究所，2003年)。

用于膜蒸馏过程的膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以保证水不会渗入到微孔内并具有较高的渗透通量；而在实际应用中，当料液中混有低表面能物质时，膜表面即发生有机物吸附污染造成微孔堵塞，膜面润湿现象。目前，对疏水膜表面亲水改性，实现抗污染的方法主要有三类：一是表面涂覆，这种方法需湿法保存，且涂覆层容易流失，亲水性能不持久。如专利CN 101912740 A公开了一种聚偏氟乙烯微孔膜表面亲水化改性的方法。该方法将PVDF膜依次用碱性氧化剂、酸性还原剂以及甘油溶液处理，操作比较危险，而且甘油仅仅通过物理吸附作用附着在膜表面，亲水性能持久性差；二是共混共聚改性，这种方法虽简单易行，但制备的膜材料不均匀，孔径难以控制。如专利CN 103272493 A公开了一种聚偏氟乙烯膜亲水改性的方法，该方法采用丙烯酸与N-羟甲基丙烯酰胺两种功能单体，过氧化苯甲酰为自由基引发剂，在超临界二氧化碳中通过调节反应压力、反应时间、两种单体用量等条件进行接枝改性聚合反应。该方法采用高压釜等设备，操作危险且成本较高；三是等离子体锈蚀或化学腐蚀，如CN 101979429 A公布的往聚四氟乙烯制品表面涂覆聚乙二醇然后采用等离子体处理方法对界面进行表面改性以提高聚四氟乙烯制品表面活能，提高其浸润性和粘接性。这种改性方法虽成功引入亲水基团，但对膜表面结构造成一定损害。而且，改性后的疏水膜虽表现出一定的抗污染性能但无法应用于膜蒸馏分离过程中。

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝，且纤维呈三维空间网状无定向分布，由纤维组成的抗污染纳米纤维毡表面具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点。以疏水膜为基膜进行静电纺丝，能优化疏水基膜孔径及孔径分布且不会破坏基膜表面结构；抗污染层能与基膜紧密贴合，获得永久抗污染性能。

【发明内容】

本发明的目的是为了克服现有技术中疏水膜抗污染性能差、亲水改性不稳定且寿命短并无法应用于膜蒸馏分离过程中的技术问题，提供一种抗污染PTFE-CA/SiNPs复合膜的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

(1)二氧化硅溶胶液的配制：