[发明专利]一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜制备方法

说明书

一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜制备方法，它涉及一种表面微观结构膜的制备方法。本发明的目的是要解决现有膜蒸馏技术中的疏水性差、疏油性差、耐久度不足导致的膜污染问题。膜制备方法：一、制备PVDF基膜铸膜液；二、制备表面具有规律圆柱体凹陷阵列的膜蒸馏用膜；三、负载二氧化硅纳米粒子；四、降低表面能，形成一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜。本发明制备的一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜与水和二碘甲烷的静态接触角最大值分别为170°与157°，达到超双疏水平，具有优异的抗污染性能。本发明可提供一种纳米颗粒与膜表面微观结构相结合的膜制备方法。

技术领域

本发明涉及一种表面微观结构膜的制备方法。

背景技术

膜蒸馏技术作为一种新型的膜分离技术，在海水淡化，高盐废水处理中具有成本低，设备简单，操作容易，能耗低的优点。由于膜污染会改变膜表面的性质和膜孔结构，导致膜通量下降和透过液的污染，常规的疏水膜如PTFE(聚四氟乙烯)膜、PP(聚丙烯)膜及PVDF(聚偏氟乙烯)已无法满足膜技术在工业领域的广泛应用。

目前膜蒸馏污染防治的方法主要集中在对料液进行预处理、添加阻垢剂、膜清洗、膜表面结构改性等方面。这些抗膜污染方法中，通过对膜表面进行改性是今年来膜污染控制研究的热点，该方法可在不增加处理成本的情况下有效减轻膜污染。膜表面改性方法主要有两类：(1)、改善膜表面的微观结构，形成触突状结构，提高膜的疏水性能；(2)、负载低表面能物质，改善膜的疏水性。如果能使膜表面具有某种规律性的微纳米表面结构阵列，并负载低表面能的纳米颗粒，耦合微观结构和低表面化学能的优点，将成为抗污染膜制备的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是要解决现有膜蒸馏技术中的疏水性差、疏油性差、耐久度不足导致的膜污染问题，提供一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜制备方法。

一种纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜制备方法，是按以下步骤制备的：

一、将聚偏氟乙烯、二乙二醇、二甲基乙酰胺混合均匀，再搅拌反应，得到PVDF基膜铸膜液；

二、首先将PVDF基膜铸膜液均匀的浇注到表面具有规律圆柱体凹陷阵列的硅晶片模板上并使用刮刀控制铸膜液的厚度及平整，然后在蒸汽浴中暴露，再浸入到凝固浴中，硅晶片模板上形成膜，最后将膜与硅晶片模板分离；依次使用蒸馏水和无水乙醇对膜进行冲洗，再干燥，得到表面具有规律圆柱体凹陷阵列的膜蒸馏用膜；

三、负载二氧化硅纳米粒子：

①、使用O₂等离子体对表面具有规律圆柱体凹陷阵列的膜蒸馏用膜进行处理，然后浸入到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，再对3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液进行加热，最后将表面具有规律圆柱体凹陷阵列的膜蒸馏用膜取出，得到表面带有正电的膜蒸馏用膜；

②、将二氧化硅纳米粒子分散到超纯水中，得到二氧化硅纳米粒子溶液；采用喷雾沉积法将二氧化硅纳米粒子溶液喷涂在表面带有正电的膜蒸馏用膜表面上，然后在室温下静置，干燥，得到负载二氧化硅纳米粒子的膜蒸馏用膜；

四、降低表面能并成膜：

首先将负载二氧化硅纳米粒子的膜蒸馏用膜浸入到NaOH溶液中浸泡，取出后使用喷枪将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶液喷涂在膜表面，然后进行干燥，再浸入到十七氟癸基三乙氧基硅烷正己烷溶液中，取出后依次使用无水乙醇和去离子水冲洗，最后在室温下干燥，得到纳米颗粒与膜表面微观结构构建相结合的膜。

进一步，步骤一中所述的聚偏氟乙烯、二乙二醇和二甲基乙酰胺的质量比为15:(25～27.4):(57.6～60)。

进一步，步骤一中所述的搅拌反应的温度为80℃～90℃，搅拌反应的时间为8h～12h。