[发明专利]一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜及其制备方法，该超疏水膜由纳米纤维支撑层和复合超疏水层两层结构构成的双层膜结构，所述超疏水膜具有耐摩擦性能。为提高膜蒸馏过程中膜的抗润湿性能，本研究通过静电纺丝以及静电喷涂制备了耐摩擦耐污染的新型超疏水膜。本发明应用于膜蒸馏过程中，可有效提高膜的超疏水性。该超疏水表面具有良好的稳定性以及抗摩擦性能。该超疏水表面可有效减轻膜蒸馏过程中的膜污染，使膜材料在长期测试过程中具有更优异的稳定性。

技术领域

本发明属于废水处理和海水淡化领域，具体涉及了一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜及其制备方法。

背景技术

膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)是以疏水膜材料为分离介质，蒸汽压力差为推动力的膜分离过程。与反渗透脱盐不同，膜蒸馏过程中有相变，能耗高。因此，其应用一般在反渗透无法适用、处理量相对较小的领域，在工业污水零排放、浓盐水深度浓缩和可移动式小型化纯净水制备等方向具有潜在的应用前景。

中国的水资源紧缺，解决该问题的有效措施之一为废水回用，且达到“零排放”(zero-liquid-discharge,ZLD)。以煤化工为例，含有各种有机物和大量盐分的污水需要经过复杂预处理，包括絮凝、氧化、沉淀、膜过滤和浓缩(如超微滤+反渗透)，所形成的浓盐水含盐量达50000-80000mg/L，然后经浓缩得到结晶和纯水。与现有的浓缩技术相比(如自然蒸发、机械压缩蒸发、多效蒸发)，膜蒸馏设备成本相对低、运行压力和温度低、操作条件温和、产水水质高。如果能够利用太阳能、废热、余热等作为热源进行蒸馏处理，将具有强大的竞争优势。膜蒸馏还可作为可移动式水处理设备的核心部件，为很多淡水匮乏地区提供洁净水源的。然而，膜蒸馏过程在处理复杂水体系时，疏水膜材料的污染、结垢、润湿将导致过程不稳定，膜更换频繁。

膜材料的污染是一个表面现象。对超滤、微滤、反渗透一类膜材料，我们希望材料表面强亲水、有两性离子。这样的膜表面优先吸附水分子，污染物与膜材料的接触需要克服较强的氢键，结果是污染物与膜材料的接触概率降低，更加耐污染。常识告诉我们：疏水膜材料憎水，不存在水分子保护层，膜材料易于吸附有机物(如表面活性剂)，从而形成污染，导致膜润湿，失去原有的分离性能。因此对于在膜蒸馏过程中，膜材料的抗润湿以及耐污染性能对于该过程的长期稳定运行至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种良好的稳定性以及抗摩擦性能的针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜及其制备方法，为提高膜蒸馏过程中膜的抗润湿性能，本研究通过静电纺丝以及静电喷涂制备了耐摩擦耐污染的新型超疏水膜。针对膜蒸馏过程中，通过静电纺丝的方法，制备具有耐摩擦抗污染性能的超疏水膜材料，提高膜材料在膜蒸馏过程中的耐污染性，为减少膜污染提供新方案，推动膜蒸馏技术的实际应用。

为达到上述目的，本发明通过一些技术方案获得：

一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜，该超疏水膜由纳米纤维支撑层和复合超疏水层两层结构构成的双层膜结构，所述超疏水膜具有耐摩擦性能。

进一步，所述纳米纤维支撑层为由静电纺丝制备的高孔隙率聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维支撑层。

进一步，所述复合超疏水层为静电喷涂制备的具有多层次结构PVDF/聚二甲基硅氧烷(PDMS)/二氧化硅复合超疏水层。

进一步，所述超疏水膜的膜厚度为60±5μm。

一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜的制备方法，通过静电纺丝以及静电喷涂制备了耐摩擦耐污染的新型超疏水膜，具体步骤如下：

(1)纳米纤维支撑层的制备：通过静电纺丝8wt％PVDF溶液制备高孔隙率的PVDF纳米纤维支撑层；