[发明专利]一种双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及烟气脱硫技术领域，提供了一种双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜及其制备方法和应用。本发明利用疏水纳米粒子和聚合物粒子的协同作用在聚偏氟乙烯基膜单侧表面构建出具有微‑纳米双重粗糙结构的超疏水层，得到双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜。本发明的双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜用于膜法脱硫脱除SO₂时，能够有效避免膜润湿，降低SO₂在吸收液一侧的传质阻力，达到长期稳定运行的效果，并具有优异的脱硫性能。本发明提供的制备方法过程简单可控，原料易得。

技术领域

本发明涉及烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，环境问题日益严峻。化石燃料的燃烧、硫酸等工业生产会产生SO₂、NO和颗粒物等污染物。其中SO₂是大气主要污染物之一，它产生的二次污染物包括硫酸盐、有机硫酸盐气溶胶和酸雨，对生态系统造成严重破坏并且危害人类健康，因此控制烟气中SO₂的排放势在必行。

传统的烟气脱硫技术主要有湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫三大类。其中，湿法脱硫由于具有高的脱硫效率成为最主要的脱硫方法。但湿法脱硫也存在一些缺点，比如占地面积大、成本高、二次污染、在脱硫过程中吸收液会发生起泡、雾化等问题。而膜法脱除烟道气二氧化硫是一种新型的脱硫技术，具有尺寸小、灵活性大、能够模块化等优点，有效地避免了以上问题。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、装填密度高等优点。目前，气液膜接触器主要用膜为疏水膜，如聚四氟乙烯(PTFE)膜、聚丙烯(PP)膜、聚偏氟乙烯(PVDF)膜等。其中，聚偏氟乙烯是一种综合性能优良的膜材料，机械强度高，化学稳定性好。

膜接触器在气体传质过程中，吸收液一侧的膜表面会存在膜润湿现象，基于气体在气相的传质速率高于液相的传质速率，导致气体传质阻力增大，传质速率下降，进而导致膜接触器不能长期稳定运行。因此，如何提高吸收液一侧膜的疏水性，以降低吸收液一侧由于膜润湿产生的阻力是提高膜长期稳定性的根本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜及其制备方法和应用。本发明提供的双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜两侧表面具有不同的疏水性，其中具有超疏水层的一侧疏水性更加优异，将其应用于膜法脱硫中能够长期稳定运行，且SO₂吸收通量和脱硫率较高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种双面疏水性差异化的聚偏氟乙烯膜，包括聚偏氟乙烯基膜和设置于聚偏氟乙烯基膜单侧表面的超疏水层；所述超疏水层由疏水纳米粒子-聚合物悬浮液制备得到；所述疏水纳米粒子-聚合物悬浮液的组成成分包括疏水纳米粒子、聚合物、溶剂和非溶剂。

优选的，所述疏水纳米粒子-聚合物悬浮液中疏水纳米粒子的质量分数为0.5～10％，聚合物的质量分数为0.5～5％，溶剂的质量分数为75～85％，非溶剂的质量分数为10～20％。

优选的，所述疏水纳米粒子包括疏水二氧化硅、疏水二氧化钛、疏水碳纳米管、疏水氧化锌和疏水金属有机骨架中的一种或几种；所述疏水纳米粒子的粒径为10～100nm；

所述聚合物包括聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈和聚苯乙烯中的一种或几种；所述聚合物的粒径为0.2～4μm；

所述溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和磷酸三乙酯中的一种或几种；

所述非溶剂包括乙二醇、聚乙二醇、乙醇、甘油、丙三醇、环己烷和辛醇中的一种或几种。

优选的，所述疏水纳米粒子-聚合物悬浮液的制备方法包括以下步骤：

将非溶剂和聚合物混合后依次进行第一超声和第一搅拌，得到混合液；