[发明专利]新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法和应用，所述Janus聚合物中空纤维膜的膜的外表面和内表面具有孔结构，外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。所述新型Janus聚合物中空纤维膜通过以下步骤制备得到，步骤一：封闭聚合物中空纤维膜两端，得到封端纤维膜；步骤二：将所述封端纤维膜浸泡到引发剂溶液中；步骤三：将步骤二得到的负载引发剂的封端纤维膜放入改性溶液中反应；步骤四：洗涤步骤三得到的改性膜。本发明的Janus膜具有高通量、高截留及抗污染性能，本发明制备工艺简便、易于操作、条件温和、普适性强。

技术领域

本发明属于聚合物分离膜领域，特别涉及一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法。

背景技术

Janus膜是膜领域一个新兴的概念。它一般是指具有不对称结构或者性质的分离膜。这一概念自2010年首次提出以来，受到了膜研究领域的广泛关注。2016年，有文献记载，区别Janus膜与一般不对称膜的关键在于膜两面的性质是否“对立”，如亲水性/疏水性或者荷正电性/荷负电性，而单纯的结构或组成上的不对称不能被称作Janus膜。

Janus膜材料由于其独特的结构及性能，已经被广泛地应用于各种领域中，如界面传质，可控的离子输送，单向的油水乳液分离等。一般来说，主要通过不对称构筑及不对称修饰两种技术路线来制备Janus膜。前者主要包括顺序电纺，顺序真空过滤，分子链段的迁移等。后者主要通过对膜材料的单面改性来实现，但是在湿法改性工艺中，可润湿性的表面在毛细作用下会使改性溶液从膜材料的一面扩散至另一面，最终造成膜材料两面被改性；不可润湿的表面会产生脱湿现象，导致膜表面的不均一改性。目前来说，如何通过湿法改性工艺来获得单面改性的Janus膜材料仍然是一个挑战。

因此，寻找一种简单通用可以对膜材料进行单面改性的方法，对于Janus膜的制备至关重要。

在申请号为CN201810535317.3的专利文献中，公开了了一种Janus复合膜的制备方法，该种膜一侧具有疏水性能，另外一侧具有亲水性能，适用于油水分离、膜蒸馏等不同领域应用。按以下步骤实现：用蠕动泵将pH＝8.5的多巴胺与脂肪胺的混合涂覆液通入膜组件中选择层一侧；同时，用蠕动泵将同浓度的氯化钠水溶液通入膜组件另外一侧，涂覆时间12小时，用蒸馏水清洗；用蠕动泵将pH＝8.5的多巴胺/KH560涂覆液通过多孔膜的多孔侧；同时使用蠕动泵将同浓度的氯化钠溶液通过多孔膜选择层一侧，涂覆时间12小时，用蒸馏水清洗。该文献通过在膜两侧涂覆不同的化学物质来制备Janus膜材料，由于涂覆层与基膜之间仅仅是简单的物理沉积作用，因此膜材料的稳定性能可能存在一定的缺陷。此外，该方法采用对膜两侧分别进行涂覆，程序有点繁琐。

发明内容

目前现有技术中存在的技术问题是，现有湿法改性工艺容易造成膜材料两面被改性或者膜材料表面改性不均一、制备程序复杂等。

本发明人为解决上述技术问题发现，将超声辅助界面悬浮共聚合技术应用于膜表面改性，能够避免毛细作用造成的膜两面改性，制备得到膜表面均匀改性层。聚合过程中有机溶剂和水的配比变化时，能够有效调节改性层中的孔结构，进而调节膜的应用适应性。

本发明提供一种新型Janus聚合物中空纤维膜及制备方法，它制备过程简单，制得的Janus聚合物中空纤维膜结构稳定，且具有高截留、高通量及优异的抗污染性能，应用在水处理方面，具有较好的分离效果，以克服现有技术的不足。

具体来说，本发明提出了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种Janus聚合物膜，所述Janus聚合物膜为中空纤维膜，膜的外表面和内表面具有孔结构，且外表面具有亲水性能，内表面具有疏水性，外表面的水接触角小于70°。

优选的是，上述的Janus聚合物膜，其中，所述外表面的水接触角小于60°，优选的是，所述外表面的水接触角为25-60°，进一步优选为25-55°。