[发明专利]一种用于染料分离的凝胶改性聚偏氟乙烯膜的制备方法

说明书

本发明以商品聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基体、涂覆海藻酸钠(SA)基水凝胶、加入单宁酸(TA)、碳纳米管悬浮液(CNTSuspension)和离子交联剂氯化钙(CaCl₂)，采用涂覆的方法制备了水凝胶改性聚偏氟乙烯水处理分离膜，通过过滤和吸附分离机理有效分离阳离子染料废水。本发明制备的PVDF水处理膜对亚甲基蓝(MeB)、罗丹明B(RB)、结晶紫(CV)三种阳离子染料的截留率达到94％以上。制备的水凝胶改性PVDF分离膜的水通量可以达到137.38L·m^‑2·h^‑1。本发明对于染料废水污染问题提供了一个新的解决方案。

技术领域

本发明属于功能高分子膜材料技术领域。具体涉及一种高效率去除阳离子染料废水的功能性水处理分离膜及其制备方法。

背景技术

随着现代社会工业化进程的不断发展，水污染问题引起了人们的高度关注，其中由染料所带来的水污染问题尤为严重。目前处理技术包括生物降解法、物理吸附法、化学处理法等。但其中的一些方法成本较高、工艺复杂、设备能耗高、有二次污染等问题。因此我们需要开发一种低成本、操作过程简单、对环境绿色友好的方法来解决此问题。膜分离技术由于其成本低、能耗小、去除效率高等优点已经被广泛应用。但是以聚偏氟乙烯为基体的膜分离技术由于其自身的强疏水性很容易产生膜污染问题，导致膜表面及膜孔内部的污染，使膜的使用寿命下降，因此我们需要对其进行亲水改性来克服这个缺陷。本专利以购买的商业化聚偏氟乙烯膜为基体、涂覆海藻酸钠(SA)水凝胶、加入单宁酸(TA)、碳纳米管悬浮液(CNT Suspension)和离子交联剂氯化钙(CaCl2)，采用涂覆的方法制备了水凝胶改性的聚偏氟乙烯分离膜，通过孔径筛分和静电吸附两种机理协同作用有效分离阳离子染料。

聚偏氟乙烯是一种半结晶型聚合物。分子中的C-F键键长较短，其键能较高，因此具有突出的化学稳定性能以及热力学稳定性。使用PVDF作为基体材料的分离膜具有优良的耐高温性、出色的化学稳定性、抗老化性和优异的机械性能等优点，广泛应用于污水处理，医药制造，食品加工及生物等领域。然而，采用海藻酸钠作为水凝胶层基体，将单宁酸和碳纳米管悬浮液添入其中的混合水凝胶层作为聚偏氟乙烯商品膜的表面亲水涂层，采用涂覆的方法制备用于阳离子染料分离的水凝胶改性聚偏氟乙烯分离膜的方法迄今为止还没有报道。

众所周知，凭借其吸收和保持水分子的交联网络，水凝胶可以大大增强涂层表面的亲水性。高吸水性水凝胶主要分为两类：即天然和合成的聚合物。海藻酸盐是天然生物聚合物，具有无毒、生物相容性好、可降解以及成膜性能等优点。但是，海藻酸钠基水凝胶通常机械性能差，无法在死端过滤过程中存在压力的条件下稳定维持自身结构，从而造成孔径堵塞。所以本发明分别加入单宁酸和碳纳米管作为物理交联剂和无机纳米刚性填料以提高水凝胶层的体系粘度和机械性能来提高其抗压能力。

此外碳纳米管还可以通过其多孔的开放结构，高的比表面积以及侧壁的π电子能与芳香族化合物发生的π-π作用提高水凝胶层对阳离子染料的吸附效果。

发明内容

本发明以商业化聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基体，涂覆海藻酸钠(SA)基水凝胶，加入单宁酸(TA)、碳纳米管悬浮液(CNT Suspension)和离子交联剂氯化钙(CaCl₂)，采用涂覆的方法制备了水凝胶改性聚偏氟乙烯分离膜，通过孔径筛分和静电吸附两种分离机理协同作用有效分离阳离子染料废水。所加入的海藻酸钠(SA)，单宁酸(TA)都带有亲水基团，在涂覆凝胶层过程中，单宁酸(TA)依托其本身的生物粘附性，可以将具有超亲水性的水凝胶层粘附在PVDF商品膜表面。而凝胶层内添入的碳纳米管由于其特定的三维结构，本身也具有一定的吸附能力，可以有效吸附染料分子。

本发明首先提供一种用于染料分离的凝胶改性聚偏氟乙烯膜的制备方法，该方法包括：

步骤一：使用乙醇和去离子水反复冲洗PVDF膜随后将其放入去离子水中静置12小时以去除杂质。