[发明专利]一种由亲水石墨烯改性的聚偏氟乙烯超滤膜的制备方法

说明书

一种由亲水石墨烯改性的聚偏氟乙烯超滤膜的制备方法，属于高分子分离膜技术和水处理应用技术领域。所述方法为：将氧化石墨烯溶液冷冻干燥制成粉末，高温烘烤，制备得到氮氧杂化石墨烯，并将其在有机溶剂中进行分散处理；将膜材料和添加剂加入氮氧杂化石墨烯分散液中，溶胀后搅拌，得到铸膜液，真空脱泡静置；使用刮刀将铸膜液刮在支撑物上形成溶液薄膜，再将支撑物与溶液薄膜一并浸入凝固浴中，溶液中聚合物析出固化得到亲水石墨烯改性的聚偏氟乙烯超滤膜。改性石墨烯的加入不仅增加了超滤膜的抗菌性能，具有高强度、高通量、高分离精度，并省去保护液的浸泡；本发明原材料石墨烯制备方便，石墨烯改性方法简单、易于工业化生产应用。

技术领域

本发明属于高分子分离膜技术和水处理应用技术领域，具体涉及一种由亲水石墨烯改性的聚偏氟乙烯超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤分离膜技术在废水处理和超纯水制备中的终端处理已得到广泛的应用，还可用于血液处理、生物医药制品的分离、浓缩、纯化及食品工业制品。随着超滤膜技术改进和加强，超滤膜对人类生活和工业发展的贡献也将越来越大。超滤过程属于压力推动的膜过程，一般来说，超滤过程中膜两侧压差为0.3～1.0Mpa，膜过程中经常遇到的一个重要问题是膜的污染(membrane fouling)。膜污染与过滤阻力主要是来自于被截留的溶质胶体或颗粒在膜的表面形成的浓差极化、滤饼层(表面污染，surface foulilng)的阻力及颗粒在膜微孔中的吸附和堵塞(膜内污染，internal membrane fouling)。浓差极化和膜污染是引起超滤膜通量下降存在的主要因素，严重的情况下，运行过程中通量可下降到起始通量的11％。无论是有机超滤膜和无机超滤膜，还是平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜，其在使用过程中的污染问题一直是困扰其广泛应用的主要问题，其中以微生物污染最为严重，其产生的膜阻力超过总膜阻力的50％，还会缩短膜的寿命。为了维持较高的膜通量，必须对膜组件使用物理化学方法进行周期性的清洗。其弊端是增加了运行成本，也在一定程度上对膜性能造成不可逆的损坏。近些年来，研究者开始尝试通过制膜技术、制膜材料增加膜的抗菌性能来降低膜污染。石墨稀是世上最薄、最坚硬的纳米材料，结构非常稳定。由于石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，就能够保持结构稳定。并且在室温下，传递电子的速度比已知导体都快。正是因为石墨烯具有这些独特的物理特性，使得它成为一种神奇的材料。一方面，当石墨烯与细菌直接接触时，石墨烯就像纳米级无比锋利的刀片直接通过机械损伤来破坏细菌的膜结构；另一方面，由于石墨烯优良的电子传输特性使得石墨烯能够轻易改变细菌膜表面的电位，从而引起膜表面细胞呼吸，电子传输，信号传输等功能混乱，导致细菌体内生化异常以致死亡。这一特殊性质使得将石墨烯掺杂进入高分子膜中，可以赋予复合膜良好的抗菌性能。但一般情况下，单纯高分子超滤膜的表面能低，亲水性差，机械性能不理想，使用时易吸附杂质导致水通量下降，寿命缩减，增加膜的运营费用。并且非极性、疏水性膜表面容易吸附蛋白质等形成吸附污染，采用亲水性改性膜是减少含蛋白质吸附污染的手段之一。

另外，一般的中空纤维超滤膜丝在生产之后会马上使用甘油进行浸泡，其目的是使超滤膜丝保持湿润、不干燥，因为普通超滤膜丝一旦完全干燥，不仅材料强度大幅降低，其过滤膜孔也会坍塌，导致超滤膜丝通量急剧下降，完全无法使用。家用净水器使用带有甘油浸泡的滤芯在初次使用时需要连续冲洗至少24小时才能使出水无明显泡沫，在使用的前1～2个月均可能会有甘油/保护液的异味，这一缺点在使用纯超滤净水器时更加显著。作为市政和工业用户，就更不希望采购的超滤膜经过甘油浸泡，因为带有甘油的超滤膜在使用初期会使水中CODMn飙升，这就需要大量的原水对超滤膜进行冲洗后才能恢复至正常，更重要的是，还需要处理有机废水以达到环保要求。

发明内容