[发明专利]一种具有破乳功能的超亲水聚合物膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有破乳功能的超亲水聚合物膜的制备方法。具体而言，以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)或聚四氯乙烯(PTFE)为基膜材料与苯乙烯‑马来酸酐共聚物(SMA)共混配制铸膜液，采用浸没沉淀相转化法制备PVDF/SMA超滤膜，利用膜表面的酸酐与超支化聚醚破乳剂端羟基之间的化学反应将超支化聚醚破乳剂接枝到聚合物膜表面，使改性膜破乳效果、亲水性、水通量和截留率得到提高，从而实现高效的油水分离，降低膜污染并延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于功能高分子膜分离技术领域，特别涉及一种具有破乳功能的超亲水聚合物膜制备方法。

背景技术

油水混合物是一种常见的环境污染物，其来源广泛，从石油工业、制造工业、交通运输业等领域到食品餐饮、医药及家居生活无所不在。随着社会经济的不断发展，含油废水的排放量越来越大，来源越来越广泛，环境污染严重并造成水资源的严重浪费。环境治理、各类油的回收、水的回用等方面考虑，对油水混合物进行油水分离势在必行。

由于油水形成的界面膜阻碍水滴之间的聚合，导致破乳困难。针对这一情况，常规的破乳方法有热法、电法和化学破乳法。热法、电法有时也需要添加高效的化学破乳剂辅助破乳。化学破乳法是目前最为常用的破乳方法，可以大大降低破乳时间，同时提高破乳效率。因此研究化学破乳机理，对于合成高效的破乳剂至关重要。化学破乳是破乳剂吸附在界面膜上，降低其强度，在外力下，使膜破裂，油滴或水滴从膜内释放出来，油、水分层的过程。化学破乳法具有处理速率快、使用范围广等特点，是处理原油乳状液最具应用前景的方法之一。但目前化学破乳法仍存在高消耗、高污染、无法循环利用等问题。

膜分离技术，可根据油水混合物中油珠的大小调节膜孔结构，进而达到油水分离的效果。与常规分离方法相比，膜分离可在常温条件下进行，而且过程无相变、单级分离效率高、过程灵活简单。因此，近年来应用膜分离技术进行油水混合物分离成为研究热点。常用于油水分离的微滤膜和超滤膜的膜分离机理一般以筛分原理为主，油粒的分离主要取决于膜孔径的大小。但实际上油粒在压力下的变形以及吸附、电荷等因素导致大直径油粒通过小膜孔。这一现象宜用膜分相机理来解释。目前多使用膜表面改性技术增强膜表面的亲疏水性以实现油水分离。如中国发明CN102698471A申请公布了利用聚乳酸制备多孔膜，然后对其进行表面改性从而获得具有疏水性能的可降解油水分离膜，该材料虽然表现出较强的疏水性能，但由于聚合物自身力学性能较差的缘故，导致其承压能力不高，限制了其应用。CN103961905A专利公开了一种成本低廉并且油水分离效率高的超疏水亲油油水分离网膜的制备方法。该发明通过采用成本低廉的无机物作为部分原料，采用较温和的制备工艺，以溶胶法在金属网上形成纳米级的乳突状结构，并利用低表面能有机修饰剂对构筑的纳米二氧化硅进行改性，制备了超疏水亲油油水分离网膜，但由于网膜的孔径较大，该材料仅能分离不混溶的油水混合物，对油水乳液无分离效果。CN105603637A的专利公开了一种高效的静电纺丝油水分离纤维膜，首先制备了聚酞胺酸铸膜液，通过同轴静电纺丝法制备纤维素一聚酞胺酸一膜，并对其进行热亚胺化，合成苯并嚷嗦单体一及一并原位固定以一工纳米纤维膜，最终得到具有生物可降解性、较高的油水分离性能的一纳米纤维膜，本发明所采用的工艺需要在特定的温度及湿度下进行制备，工艺较复杂。但无论疏水膜还是亲水膜，对于稳定的乳化液难以实现高效的破乳分离。

本发明在上述研究的基础上，将化学破乳法与膜分离技术相结合，将超支化聚醚接枝到亲水改性膜的表面，其众多的长支链可以深入到乳状液油水界面破坏乳液界面膜强度从而实现破乳。利用膜的尺寸效应、分相机理和破乳效应，对油水乳液实现高效油水分离。具体而言，选取水处理领域高性能聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚丙烯(PP)或聚四氯乙烯(PTFE)作为膜材料，利用其优异的热稳定性和化学稳定性，通过对其共混苯乙烯马来酸酐制得高分子聚合物/苯乙烯- 马来酸酐共混平板膜，利用膜表面的酸酐与超支化聚醚破乳剂端羟基之间的化学反应将超支化聚醚破乳剂接枝到聚合物膜表面，得到改性膜对乳化剂稳定的油水乳液具有优异的分离性能，在使用过程中具有良好的重复使用性能，可应用于油水分离及海洋石油泄漏等领域。

发明内容