[发明专利]一种超双疏膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种超双疏膜及其制备方法和应用，该超双疏膜包括基体膜以及先后在基体膜上形成的PDA/PEI沉积层和二氧化硅粒子矿化层，且该超双疏膜具有高含氟表面；制备方法包括：将多巴胺和PEI溶解于Tris缓冲溶液，配制沉积溶液；将润湿后的基体膜置于其中沉积；通过原硅酸四甲酯、盐酸和PBS缓冲液配制矿化溶液；将沉积膜置于其中进行表面矿化；最后对膜表面进行低表面能改性。与现有技术相比，本发明超双疏膜的粗糙表面结构以及超低表面能赋予膜超双疏特性，使得其水接触角大于167°，矿物油接触角大于135°，该膜用于DCMD工艺时，能够抵御含有0.5mM SDS的高盐水的润湿，获得稳定的MD性能。

技术领域

本发明属于膜蒸馏用膜技术领域，尤其是涉及一种超双疏膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜蒸馏(Membrane distillation,MD)技术是近年来新兴的一种膜分离技术，具有低能耗、低膜污染、高截留率以及操作简单等优点，在高盐水的脱盐方面具有广阔的应用前景。传统的微孔疏水膜如PP膜和PVDF膜用于MD过程时具有低渗透通量，长时间运行易结垢和易被润湿等缺点，极大限制了MD的实际工业应用，因此亟需探索和制备具有优良性能的，能够抵御低表面张力物质润湿的超双疏MD膜，一方面可以有效改善MD性能，提升长时间运行的稳定性。另一方面可以进一步拓宽MD技术的应用领域。

超双疏膜的构建有两个必备条件，一是膜表面具有高的粗糙度，能够形成“凹凸结构”，二是膜材料本身具有超低表面能。遵循这两个条件，目前大多数超双疏膜的制备都设法在膜上添加纳米粒子，如二氧化硅、二氧化钛等来构造粗糙的凹凸结构，形成有机-无机复合膜，然后通过表面氟化来降低膜的表面能。通过这种方法制备的复合膜用于MD工艺时，长时间运行无机粒子容易脱落，且容易存在无机粒子在膜上涂布不均匀的缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中MD(膜蒸馏)膜容易被低表面能液体润湿、长时间运行稳定性差等缺陷而提供一种超双疏膜及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种超双疏膜，包括基体膜以及先后在基体膜上形成的PDA/PEI(聚多巴胺/聚乙烯亚胺)沉积层和二氧化硅粒子矿化层，且该超双疏膜具有高含氟表面。

本发明的超双疏膜具有粗糙的凹凸结构以及超低表面能，能够抵御多种具有不同表面能的液体的润湿。将其运用在MD技术中，能够有效防止高盐水中低表面能物质的润湿，维持稳定的MD性能。

优选地，所述的基体膜为微孔疏水膜，包括PP膜、PVDF膜或其他具有低表面能的微孔膜材料。

优选地，所述的高含氟表面通过将PDTS(1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷)或9-FAS(三乙氧基(1H,1H,2H,2H-九氟己基)硅烷)中的至少一种与二氧化硅粒子矿化层发生脱乙醇反应，使含氟支链(碳-氟支链)接枝在膜表面上形成。

本发明第二方面提供所述的超双疏膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将多巴胺和聚乙烯亚胺溶解于Tris缓冲溶液，配制得到沉积溶液，将润湿后的基体膜放置于沉积溶液中沉积，在基体膜上形成PDA/PEI共沉积层作为有机和无机界面的媒介层；

S2：通过将原硅酸四甲酯溶解于等量的盐酸溶液和PBS缓冲液中，配制得到矿化溶液，将步骤S1制得的膜浸泡于矿化溶液中，进行表面矿化，使二氧化硅粒子在膜壁上均匀生长，形成二氧化硅粒子矿化层；

S3：将PDTS或9-FAS中的至少一种与二氧化硅粒子矿化层发生脱乙醇反应，使含氟支链接枝在膜表面，对膜表面进行低表面能改性，得到所述的超双疏膜。