[发明专利]一种超疏水复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超疏水复合膜及其制备方法和应用，属于膜接触器技术领域。本发明采用浊点法制备的悬浮液中，不规则的聚合物粒子和疏水纳米粒子之间具有协同作用，本发明通过聚合物粒子和疏水纳米粒子之间的协同作用以及聚合物粒子与聚合物基膜的本体粘附作用，能够在复合膜表面构建出稳定的类荷叶结构，得到表面稳定的超疏水复合膜，该超疏水复合膜具有优异的疏水性。本发明利用浊点法、旋涂法和相转化法相结合的方法将纳米粒子‑聚合物悬浮液涂覆于聚合物基膜表面制备出超疏水复合膜，制备过程简便可控，原料易得，条件温和。在长期脱硫过程中，本发明的超疏水复合膜具有较高的脱硫性能，且具有较好的稳定性，能够长期稳定运行。

技术领域

本发明涉及膜接触器技术领域，尤其涉及一种超疏水复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的燃烧、硫酸等工业产生的SO₂严重危害人体和生态环境，因此控制烟气中SO₂的排放至关重要。传统的脱硫技术存在一定的缺点，比如占地面积大、成本高、二次污染，并且在脱硫过程中吸收液会发生起泡、雾化等问题。近年来，为了克服传统脱硫技术的缺点，新兴出一种以复合膜为气液膜接触器来实现酸性气体吸收的方法，即膜吸收法。

膜法脱除烟气中的二氧化硫是一种新型的脱硫技术，能结合气体吸收和膜分离技术的优点，具有尺寸小、灵活性大、能够模块化等优点，可克服传统脱硫技术的缺陷。膜接触器是用于实现两相接触的膜系统，具有简单易放大、吸收液流速可独立控制、传质效率高和装填密度高等优点。气液膜接触器主要用膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)等。

大多数膜接触器都是用聚合物膜作为两相之间的屏障，在传质过程的稳定性取决于聚合物材料的性质，而仅依靠膜材料本身的性质，其疏水性有限。在实际操作过程中，膜接触器的连续运行会导致膜接触器发生膜润湿现象。由于气体在液体中的传质速率小于在气体中的传质速率，当膜润湿后，传质阻力增加，传质系数下降，进而影响膜的吸收通量。因此，膜润湿现象导致膜接触器不能长期稳定运行。由此可见，仅依靠膜材料本身的疏水性，并不能满足实际操作的需要，而如何在膜传质过程中降低吸收液一侧由于膜润湿产生的阻力是提高膜的长期稳定性的根本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超疏水复合膜及其制备方法和应用，该方法制备的超疏水复合膜具有超疏水性并且能够长期稳定运行，能克服传统脱硫的气-液膜接触器在长期运行中的由于膜润湿导致的不稳定问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超疏水复合膜的制备方法，包括以下步骤：

采用浸没沉淀相转化法，将第一疏水聚合物、致孔剂和第一溶剂混合，固化成型后，得到聚合物基膜；

采用浊点法，将纳米粒子、第二疏水聚合物、第一部分溶度参数调节剂和第二溶剂混合，得到聚合物溶液，向所述聚合物溶液中滴加第二部分溶度参数调节剂，直至所述聚合物溶液出现浑浊，得到纳米粒子-聚合物悬浮液；

将所述纳米粒子-聚合物悬浮液涂覆于所述聚合物基膜上，将所得膜进行相转化，得到超疏水复合膜。

优选的，所述第一疏水聚合物包括聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯腈和聚氯乙烯中的一种或几种；所述第二疏水聚合物包括聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚苯乙烯中的一种或几种。

优选的，所述致孔剂和溶度参数调节剂独立地包括乙二醇、聚乙二醇、乙醇、甘油、丙三醇、水、环己烷或辛醇；所述第一溶剂和第二溶剂独立地包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、磷酸三乙酯、四氢呋喃和环己酮中的一种或两种。

优选的，所述第一疏水聚合物、致孔剂和第一溶剂的质量比为(16～24)：(20～29)：(53～55)。