[发明专利]一种无机-有机杂化材料改性膜及其制备与应用方法

说明书

本发明涉及一种无机‑有机杂化材料改性膜及其制备与应用方法，解决了现有技术存在滤膜在运行时容易受到污染、造成膜通量下降，膜过滤压差高，维护成本高，寿命低，阻碍其在MBR中应用的技术问题。本发明提供一种无机‑有机杂化材料改性膜，其为通过将纳米级POSS材料涂覆在滤膜表面，形成的无机‑有机杂化材料改性膜；纳米级POSS材料由利用具有环氧基的硅烷偶联剂3‑缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和含有两个伯胺的有机二胺，合成的无机‑有机杂化单体材料四倍体胺基硅氧烷(4GTPS‑2N)，通过溶胶凝胶法(Sol‑Gel法)水解缩合反应制成。同时提供其制备方法与防污应用。本发明广泛应用于膜改性技术领域。

技术领域

本发明涉及膜改性技术领域，具体涉及一种无机-有机杂化材料改性膜及其制备与应用方法。

背景技术

膜生物反应器(MBR)因其占地面积小，出水水质好，反应效率高、便于自动控制等优点，近几年被广泛应用在水处理技术中。然而，膜污染问题始终是制约膜生物反应器进一步发展和应用的主要因素。目前，发展较快且应用较广的有机高分子膜材料柔韧性强、成膜性好、易加工且成本较低，已成功地应用于化工、电子、食品、生化等领域。但是由于其较低的亲水性和表面能，使得这种膜材料在MBR中极易形成吸附性污染和滤饼层污染，导致膜孔堵塞，膜通量下降，过滤阻力升高，极大的缩短了膜的使用周期和使用寿命。现有技术中膜在运行时容易受到污染，造成膜通量下降，严重的膜通量下降会导致膜过滤压差升高，能源消耗增加，膜的清洗频率和更换频率增加，直接影响膜组件的使用寿命，阻碍其在MBR中广泛应用的问题。因此开发出通量大、强度高、耐污染、耐腐蚀的性能优异的膜材料将是MBR技术广泛应用的关键所在。

无机-有机杂化材料结合了无机材料和有机材料的优点。与传统无机材料相比，无机-有机杂化材料可通过有机部分的接枝改性得到材料的功能化；与传统的有机材料相比，无机-有机杂化材料又可以通过物理吸附的方式均匀结合到膜表面得到均匀涂层。POSS材料是近些年发展起来的一种新型无挥发性、无味的纳米级杂化材料，与大多数硅树脂和填料不同的是，POSS材料的外表面包含有机官能团，使得其与大部分聚合物都有较好的相容性与兼容性；另外，这些特性使得POSS材料可以通过物理共混或化学共聚的方法制得。正是因为POSS材料是拥有纳米结构的无机-有机杂化体，综合了有机聚合物以及无机填料的诸多优点，所以将POSS材料用于聚合物改性方面具有很好的优势。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种方法简单、易实行，有效的提高了膜表面的亲水性及抗污染物附着能力，使其在MBR中膜污染问题得到缓解，进一步推进MBR的发展和广泛应用的无机-有机杂化材料改性膜及其制备与应用方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种无机-有机杂化材料改性膜，其为通过将纳米级POSS材料涂覆在滤膜表面，形成的无机-有机杂化材料改性膜；纳米级POSS材料由利用具有环氧基的硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和含有两个伯胺的有机二胺，合成的无机-有机杂化单体材料四倍体胺基硅氧烷(4GTPS-2N)，通过溶胶凝胶法(Sol-Gel法)水解缩合反应制成。

优选的，有机二胺为1,2-乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、苯二胺其中任何一种。

优选的，滤膜的材料为纤维素类膜材料、聚砜类膜材料、聚酰胺类膜材料、含氟类聚合物膜材料其中任何一种。

上述任何一项的无机-有机杂化材料改性膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)步骤1、制备单体材料四倍体胺基硅氧烷：利用具有环氧基的硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和含有两个伯胺的有机二胺，在25-75℃的温度下，合成一种无机-有机杂化单体材料四倍体胺基硅氧烷(4GTPS-2N)；