[发明专利]强抗污染复合梯度超滤膜及其制备方法

说明书

一种强抗污染复合梯度超滤膜及其制备方法，该超滤膜通过将氧化石墨烯表面化学键接磁性纳米粒子形成氧化石墨烯‑磁性纳米粒子杂化体，然后将氧化石墨烯‑磁性纳米粒子杂化体和有机氟硅烷以及致孔剂均匀分散在高分子聚砜PSf溶液中，采用溶液浇铸成膜法，通过磁场辅助非溶剂诱导相转化制备而得。可以克服传统高分子膜材料在超滤分离过程中有机污染物易粘附而阻塞膜孔、分离效率低、不易清洗且通量恢复率较低等缺点。

技术领域

本发明属于功能高分膜材料技术领域，具体涉及基于磁场诱导和原位水解的梯度超滤膜及其制备方法，即一种强抗污染复合梯度超滤膜及其制备方法。

背景技术

水资源的安全和短缺已被认为是人类基本生存和全球发展的重要因素之一。全球范围内有近80％的废水未经处理而直接排放，严重威胁着人类健康和自然生态系统。传统的净水技术如絮凝、吸附和蒸馏等因其复杂工艺、能耗大且成本高，严重限制了其实际应用范围。为了追求更经济实用的高效水处理技术，膜分离技术因其强适应性、低能耗、高选择性和操作简单而备受关注，是近十几年发展起来的一种高新技术，在食品、医药、海水淡化和石油化工等领域已得到了广泛的应用。然而，传统的高分子膜材料固有的疏水性极易在污水处理过程中发生膜污染，造成膜孔阻塞、水通量下降、分离效率降低以及难以清洗等问题，这大大限制了膜分离技术的应用。因此，构建有效的膜污染防御机制对制备用于水净化和再生的超滤膜具有重要意义。

氧化石墨烯GO是一类重要且经过广泛研究的石墨烯衍生物，其表面含有大量的羟基、羧基、环氧基等极性基团，能长时间在水溶液中稳定存在。利用GO良好的亲水性能以及表面易化学修饰的特点，将其引入到超滤膜基体中，赋予超滤膜优异的抗污染性能成为设计制备强抗污染超滤膜的重要策略。专利CN106582327A报道将载银GO引入到聚乙烯醇超滤膜中，获得了具有优异抗污染性能的膜分离材料。

然而，常规共混法引入的亲水组分大都均匀分散在超滤膜基体中。相比膜基体内部，膜表面是膜污染主要发生场所，因而将引入的抗污染组分主要集聚到膜表面而非均匀散布于整个膜材料中，不仅可以有效的提升膜抗污染性能，还将大大减少昂贵纳米亲水组分的用量，实现性能效益最大化。此外，为了提高超滤膜循环利用率，设计开发具有高水通量恢复率的抗污染超滤膜也成为人们关注的重点。

发明内容

本发明针对传统高分子膜材料在超滤分离过程中有机污染物易粘附而阻塞膜孔、分离效率低、不易清洗且通量恢复率较低等缺点，提供一种强抗污染复合梯度超滤膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种强抗污染复合梯度超滤膜，该超滤膜通过将氧化石墨烯表面化学键接磁性纳米粒子形成氧化石墨烯-磁性纳米粒子杂化体，然后将氧化石墨烯-磁性纳米粒子杂化体和有机氟硅烷以及致孔剂均匀分散在高分子聚砜PSf溶液中，采用溶液浇铸成膜法，通过磁场辅助非溶剂诱导相转化制备而得。

优选的，本发明所述的磁性纳米粒子为四氧化三铁(Fe₃O₄)、四氧二铁酸钴(CoFe₂O₄)和铁酸镍(NiFe₂O₄)中的一种或几种，优选的为四氧化三铁Fe₃O₄。

优选的，本发明所述的有机氟硅烷为十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)、十三氟辛基三乙氧基硅烷(FOS)、九氟己基三甲氧基硅烷(FHS)中的一种或几种，优选的为十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)。

本发明所述的致孔剂为PEG2000、PVP K30、LiCl中的一种或几种，优选的为PVPK30。

本发明还提供一种上述的强抗污染复合梯度超滤膜的制备方法，具体的步骤包括：

(1)氧化石墨烯表面接枝磁性纳米粒子：在水溶液中通过超声将氧化石墨烯GO均匀分散，然后加入经过NHS/EDC催化剂活化表面的羧基官能团的GO，随之加入磁性纳米粒子，剧烈搅拌得到氧化石墨烯-磁性纳米粒子杂化体；