[发明专利]一种CND-PVDF亲水抗污染超滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种CND‑PVDF亲水抗污染超滤膜及其制备方法与应用。本发明以DMAc为溶剂，采用经羧酸化的纳米金刚石共混改性聚偏氟乙烯材料，然后涂覆成膜并通过相转化法得到CND‑PVDF亲水抗污染超滤膜。本发明首次将纳米金刚石用于超滤膜改性之中，且经羧酸化后的纳米金刚石具有大量羧基等亲水官能团，使得CND‑PVDF亲水抗污染超滤膜的亲水性大大提高，从而有效提高膜的抗污染性功能，延长使用寿命。

技术领域

本发明属于聚偏氟乙烯超滤膜的技术领域，具体涉及一种CND-PVDF亲水抗污染超滤膜及其制备方法与应用。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)因其具有良好的化学稳定性、耐高温、耐热性能，被广泛用作超滤膜的制备材料。但由于PVDF本身具有强疏水性，污染物容易沉积在膜表面并造成膜堵塞，严重影响过滤效率，发生不可逆膜污染，从而降低了超滤膜的使用寿命。

共混改性是提高PVDF超滤膜亲水性能的一种常用且简单易行的方法。目前，氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(MWCNTS)等无机纳米粒子已被广泛应用于PVDF分离膜的亲水改性中。经亲水改性的PVDF超滤膜，往往在亲水性能、抗污染性能方面都有大幅度提高。但目前，无机纳米颗粒共混改性PVDF膜的技术壁垒在于，纳米颗粒极易发生团聚现象，很难在铸膜液中均匀分散。且现有的无机纳米粒子共混改性制得的PVDF膜抗污染性能方面还有待进一步提高。

纳米金刚石(ND)作为一种新型的碳纳米粒子，具有良好的化学稳定性和生物相容性。如何采用ND对PVDF超滤膜进行改性以得到具有优异分散性、亲水性和抗污染性的超滤膜具有重要的研究意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种羧酸化纳米金刚石(CND)-PVDF亲水抗污染超滤膜的制备方法，主要以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，采用经羧酸化的纳米金刚石共混改性聚偏氟乙烯(PVDF)材料，然后涂覆成膜并通过相转化法得到改性后的CND-PVDF复合超滤膜。

本发明的创新之处在于首次将纳米金刚石用于超滤膜改性之中，且经羧酸化后的纳米金刚石具有大量羧基等亲水官能团，使得CND-PVDF复合超滤膜的亲水性大大提高，从而有效提高膜的抗污染性功能，延长使用寿命。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的一种CND-PVDF亲水抗污染超滤膜。

本发明的再一目的在于提供上述一种CND-PVDF亲水抗污染超滤膜在水处理领域的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种羧酸化纳米金刚石(CND)-PVDF亲水抗污染超滤膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米金刚石(ND)羧酸化，得到羧酸化纳米金刚石(CND)粉末；

(2)将步骤(1)得到的CND粉末分散于有机溶剂中，再加入PVDF粉末，共混后制得铸膜液，然后涂膜制备得到CND-PVDF亲水抗污染超滤膜。

步骤(1)所述的纳米金刚石羧酸化的方法为：将纳米金刚石在50～100℃条件下真空干燥1～3小时，然后在400～500℃下煅烧5～10小时，以在ND表面形成羧基等含氧亲水官能团；更优选为：将纳米金刚石在80℃条件下真空干燥2小时，然后在450℃下煅烧7小时。

所述的煅烧优选在马弗炉中进行。

步骤(1)所述的纳米金刚石由外部石墨壳或悬键及内部sp³结构碳核构成，具有完美的晶体结构和超高的化学稳定性、硬度、生物相容性以及优良的耐磨性和热传导性，被广泛应用于机械、抛光、生物等各个领域；但纳米金刚石由于具有较大的比表面积及表面活性，粒子间发生的团聚现象较为严重，而将纳米金刚石羧酸化能有效增加其表面的羧基等含氧官能团的含量，从而有效缓解其在介质中的团聚现象，同时提高其亲水性。