[发明专利]杂化超滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种杂化超滤膜及其制备方法。杂化超滤膜的制备方法包括如下步骤：将高分子膜材料、有机羧酸、致孔剂与有机溶剂混匀，得到铸膜液，铸膜液经过相转化之后得到原膜；将可溶性钙盐、碱催化剂与水混合，得到钙盐溶液；将原膜浸泡于钙盐溶液中，反应完全之后进行干燥处理，得到杂化超滤膜。本发明技术方案的杂化超滤膜的制备方法，一方面，由于原膜的制备、原膜与钙盐的反应是相互独立操作的，因此不存在材料相容性问题，从而避免产生由相容性引起的膜缺陷；另一方面，由于金属离子是通过化学键固定在有机膜上，因此不容易脱落。此外，本发明的制备方法简单易行，便于工业化生产，具有良好的应用前景和经济价值。

技术领域

本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种杂化超滤膜及其制备方法。

背景技术

膜技术已经广泛应用于水处理领域，产生了良好的社会效益和经济效益。其中，超滤膜因其较高的分离效率和低廉的成本在水处理膜产品中拥有重要的地位。超滤膜不仅可完全去除水中肉眼可见的污染物(如泥沙、铁锈等)，而且可去除水中大部分肉眼不可见的污染物(如细菌、病毒、有机物等)，为城市供水、污水处理等领域技术的进步提供了新的思路和方案。根据膜材料的不同，可将超滤膜分为两类：一类是有机膜，一类是无机膜。有机膜的材料主要是由有机高分子聚合物(如PP、PE、PVDF、PVC等)，这类膜制备工艺简单、成本低、膜韧性好、不易折断、孔径均匀、易于维护和清洗，但不足之处在于膜强度低，受力易变形，使用环境对其分离效果影响很大，水温过冷过热都会大大降低其运行通量，并且大部分有机超滤膜都需要甘油保孔，使得膜生产和使用过程中产生大量废水。无机膜的材料主要是金属或金属氧化物(如ZnO、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等)，这类膜机械强度高、不易形变、耐温性好、无需后处理保孔，但不足之处在于膜材料昂贵，制作工艺复杂，成本高，并且膜在污染后恢复性差，膜韧性差，受外力冲击易碎。随着膜科学与技术的发展，研究者开始把有机膜和无机膜的优势结合起来，制作出了有机-无机杂化超滤膜。

有机-无机杂化超滤膜的制备方法有很多，常见的有溶胶凝胶法、共混法等等。共混法由于其工艺简单、便于生产，是用的最多的方法。共混法就是把有机材料和无机材料以及添加剂混合均匀后配成铸膜液，然后制成膜。有机材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚酰胺类等等，无机材料有石墨烯、碳纳米管、金属氧化物、有机金属化合物等等。在众多无机材料中，无机纳米粒子由于良好的分散性和稳定的物化性质，成为制备杂化超滤膜使用最多的无机材料，例如纳米二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、纳米二氧化硅(SiO₂)等等。杂化超滤膜中混入无机纳米粒子一定程度上提高了膜的强度、亲水性、通量等性能，制备出的杂化超滤膜兼具了传统有机膜和无机膜的一些优势，得到了广泛应用。

传统的制备杂化超滤膜的方法为：使用改性或未改性的无机材料混合到有机膜材料中去，无机材料和有机膜材料共同溶解到溶剂中或经高温融化成铸膜液，经过相转化制成杂化超滤膜。然而，传统的制备方法中，一方面，有机材料和无机材料相容性差导致膜产生缺陷；另一方面，无机材料与有机材料之间没有化学键连接，导致无机材料容易脱落等问题，不利于应用。

发明内容

基于此，有必要针对如何避免产生膜缺陷及无机材料易脱落的问题，提供一种杂化超滤膜及其制备方法。

一种杂化超滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将高分子膜材料、有机羧酸、致孔剂与有机溶剂混匀，得到铸膜液，所述铸膜液经过相转化之后得到原膜；

将可溶性钙盐、碱催化剂与水混合，得到钙盐溶液；

将所述原膜浸泡于所述钙盐溶液中，反应完全之后进行干燥处理，得到杂化超滤膜。