[发明专利]一种仿鱼鳃聚合物直通孔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种仿鱼鳃聚合物直通膜及其制备方法，制备方法包括：将聚合物与稀释剂混合后在150～300℃恒温条件下加热，搅拌至形成均相溶液，静置脱泡后即得铸膜液；所述的铸膜液中，聚合物与稀释剂的质量比为1:1.5～9；同时构建水平和垂直方向的两个降温温度梯度，协同作用下形成一个倾斜的降温温度梯度，对150～300℃的所述的铸膜液进行双向冷冻诱发相分离，形成初生膜；将初生膜去除，通过萃取剂萃取出稀释剂，干燥后得到具有倾斜贯通膜孔的仿鱼鳃聚合物直通孔膜。本发明的制备方法操作过程简单，可广泛适用于不同聚合物体系制备仿鱼鳃直通孔膜。本发明的仿鱼鳃聚合物直通孔膜具有高截留、高通量、有效防止膜孔堵塞等优点，在对微塑料去除方面有巨大应用前景。

技术领域

本发明涉及分离膜的制备技术领域，尤其涉及一种仿鱼鳃聚合物直通孔膜及其制备方法和应用。

背景技术

水资源短缺是影响全球人类生存和生活的不可忽视的问题之一。近年来，随着社会进步和工业发展，微塑料、微生物等导致的水污染日趋严重。因此，为解决这些问题，需要通过低成本、低能耗、绿色安全的方法对水资源进行净化和再生。膜分离技术由于其效率高、工艺简单、可连续处理等优点被广泛应用于水处理领域。微滤是一种低压驱动膜过程，微滤膜的孔径在0.1～20μm范围内。

例如，Biplob Kumar Pramanik等在《Chemosphere》杂志2021,282,131053报道了用孔径为0.1μm的聚偏氟乙烯微滤膜对粒径为0.74、1.14、1.88μm的微塑料颗粒进行过滤，其中对粒径为0.74μm的微塑料的去除率达83％。

然而，上述微滤膜的分离机理主要是孔径筛分效应，能够拦截比孔径大或与孔径相当的微粒，又被称为机械截留，在高流速下，这种过滤机制容易使被截留的颗粒在膜表面的浓度迅速增大，会导致微滤膜的膜孔被堵塞，水通量快速衰减，同时造成膜污染。除此之外，这种过滤机制使传统的微滤膜对小于其孔径的微塑料等污染物的截留效率非常低。

许多海洋鱼类通过其鳃耙对浮游生物进行滤食，其鳃耙由长而平行的倾斜叶状阵列构成。当水沿着鳃耙单向流动时，夹带的浮游颗粒能被这种倾斜的叶状结构弹开，使水从鳃耙的间隙排出的同时颗粒被截留。这些海洋鱼类通过这种独特的固液过滤机制截留那些尺寸小于其鳃耙间距的浮游生物，被称为“跳弹分离”，能够有效防止堵塞和污染，并且高流速更有利于截留浮游生物。

发明内容

本发明提供了一种仿鱼鳃聚合物直通孔膜及其制备方法和应用，该仿鱼鳃聚合物直通孔膜具有高截留、高通量、有效防止膜孔堵塞等优点，且该制备方法操作过程简单，可广泛适用于不同聚合物体系制备仿鱼鳃直通孔膜。

一种仿鱼鳃聚合物直通孔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物与稀释剂混合后在150～300℃恒温条件下加热，搅拌至形成均相溶液，静置脱泡后即得铸膜液；

所述的铸膜液中，聚合物与稀释剂的质量比为1:1.5～9；

(2)同时构建水平和垂直方向的两个降温温度梯度，协同作用下形成一个倾斜的降温温度梯度，对150～300℃的所述的铸膜液进行双向冷冻诱发相分离，形成初生膜；

(3)将初生膜去除，通过萃取剂萃取出稀释剂，干燥后得到具有倾斜贯通膜孔的仿鱼鳃聚合物直通孔膜。

本发明制备方法的基本原理是将聚合物和稀释剂混合，在高温下形成均相铸膜液，同时构建水平和垂直方向的两个温度梯度，协同作用下形成一个倾斜的温度梯度，然后在较低温度下对铸膜液进行双向冷冻诱发相分离，再通过萃取剂将稀释剂萃取出来，得到倾斜贯通的膜孔，从而制得仿鱼鳃聚合物直通孔膜。其中的步骤(2)通过对体系进行冷却使结晶性的稀释剂分子在低温下冷却结晶，促使体系分相，除去稀释剂相后即得到以稀释剂晶体为模板的孔道结构。通过两个方向的温度梯度对稀释剂分子的结晶方向进行调整。