[发明专利]一种陶瓷膜、化学接枝改性方法以及用途

说明书

本发明涉及一种陶瓷膜以及改良的陶瓷膜化学接枝改性方法，该陶瓷膜的表面存在化学修饰层，并且在内壁孔道中不含有化学修饰层，在进行液体过滤时表现出较好的通量。同时，本发明提供的改性方法先将陶瓷膜片通过真空泵抽满水，然后将膜表面置于含有硅烷改性液的有机溶剂和去离子水的界面处，制备得到具有理想表面性质的改性陶瓷膜。本发明通过界面化学接枝改性的方法，调节陶瓷膜的表面性质，提升其分离性能或者抗污染效果。同时，改性物质的接枝被限制于膜表面区域，仅对膜表面的孔径和孔隙率产生影响。此方法相比于传统化学接枝改性方法得到的改性膜具有相同改性效果，同时渗透通量的衰减明显减少。

技术领域

本发明属于膜材料的改性，具体涉及一种仅对陶瓷膜表面的理化性质进行修改的方法。

背景技术

陶瓷膜具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高等优势，被广泛应用于苛刻体系的分离过程。然而，由于陶瓷膜表面仅存在单一的羟基官能团，使其具有亲水疏油以及荷电性弱的特点，在对有机溶剂体系和荷电小分子物质的分离过程中表现不理想。因此，为了让陶瓷膜适用于更加复杂多样的应用体系，通常需要通过化学改性的方法调节其表面性质(粗糙度、亲疏水性和荷电性)。

目前，表面功能化改性被认为是推动陶瓷膜产业发展的关键手段之一。利用改性技术可以简单有效的调节性质，达到提升膜分离性能的目的。改性技术根据引发机理可以分为：化学接枝、等离子处理、光化学接枝等。其中，化学接枝是最简单有效的一种，这种方法不会破坏膜材料原本的结构，并且改性的条件容易控制，可工业化连续生产。有机硅烷偶联剂是最适用陶瓷膜的化学接枝试剂，针对不用膜表面性质需求，可以选择带有不同官能团的有机硅烷，例如用长链烷基硅氧烷提升陶瓷膜的疏水性，用带有氨基或者磺酸根的硅氧烷调节陶瓷膜表面荷电性。有机硅烷水解得到的硅醇可以与陶瓷膜上的羟基发生脱水缩合以共价键的形式结合。有机硅烷偶联剂可以调节陶瓷膜的表面性质，又不会让其损失原有的耐高温、机械强度高的优势。

传统的化学接枝方法是将陶瓷膜整体浸泡在改性液中，改性试剂可以作用于每一个氧化物颗粒，改性的效果不仅体现在膜表面，而是受用于整个膜。这种方法追求改性带来的膜面性质改善，却忽略改性物质对陶瓷膜孔径和孔隙率的影响。当对孔径较大的微滤膜进行化学接枝改性时，化学接枝改性的劣势不会明显体现。然而对孔径较小的陶瓷纳滤膜进行接枝改性时，化学接枝改性会严重的缩小膜的孔径和孔隙率，这对膜的渗透通量是致命的。

由于陶瓷膜表面只有羟基官能团，可采用的化学接枝改性方法有限并且依赖于有机硅烷偶联剂。化学接枝改性法对陶瓷膜的孔径和孔隙率的影响是不可避免的。

发明内容

本发明的目的是为了减少化学接枝改性给陶瓷膜渗透通量带来的衰减，同时又要保证化学接枝改性对膜面性质带来的提升效果，提出了一种限制于陶瓷膜表面的化学接枝改性方法。

本发明的第一个目的提供了：

一种陶瓷膜，其截留侧的表面包括有化学修饰层，并且在孔道内壁上不含有化学修饰层。

在一个实施方式中，所述的陶瓷膜为非对称结构，包括支撑层和分离层。

在一个实施方式中，所述的陶瓷膜的材质选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化铈、氧化钇，钛酸钡、堇青石、多铝红柱石、镁橄榄石、块滑石、硅铝氧氮陶瓷、锆石、铁酸盐、氮化硅、氮化铝、碳化硅、羟基磷灰石、碳、硅、粘土、粘土矿物、陶渣、硅砂、陶石、长石、白砂中的一种或几种的混合。

在一个实施方式中，所述的陶瓷膜的分离层平均孔径2-5nm。

在一个实施方式中，所述的化学修饰层是指有机硅烷层。

在一个实施方式中，所述的有机硅烷是带有长链烷基、氨基或者磺酸根的硅氧烷中的一种。

本发明的第二个目的提供了：

一种陶瓷膜的化学接枝改性方法，包括如下步骤：