申请日2021.08.03
公开日期2021.09.03
IPC分类B01D71/34;C02F3/12
摘要
本申请涉及膜分离技术领域，具体公开了一种聚偏氟乙烯分离膜及其制备方法和在污水处理中的应用。一种聚偏氟乙烯分离膜的制备方法包括如下步骤：(1)将聚偏氟乙烯、腰果酚基聚合物、致孔剂和非质子极性溶剂混合均匀形成铸膜液；(2)将铸膜液流延于平板基体上形成平板液膜；(3)平板液膜浸入凝固浴中，并经过洗涤、干燥后，得到聚偏氟乙烯分离膜；所述腰果酚基聚合物是由腰果酚、苯酚类化合物和重量百分比浓度为30~50%的甲醛水溶液在酸性催化剂下发生缩聚反应而得。一种聚偏氟乙烯分离膜是由上述制备方法制备而成。本申请提高了膜的亲水性和抗污染性，延长了膜的使用寿命。
权利要求
1.一种聚偏氟乙烯分离膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将重量比为1:(0.1~0.2):(0.5~1.2):(5~8)的聚偏氟乙烯、腰果酚基聚合物、致孔剂和非质子极性溶剂混合均匀形成铸膜液；
(2)将铸膜液流延于基体上形成平板液膜；
(3)平板液膜浸入凝固浴中，并经过洗涤、干燥后，得到聚偏氟乙烯分离膜；
所述腰果酚基聚合物是由腰果酚、苯酚类化合物和重量百分比浓度为30~50%的甲醛水溶液在酸性催化剂下发生缩聚反应而得；以重量份数计，腰果酚4~6份、苯酚类化合物3~5份、重量百分比浓度为30~50%的甲醛水溶液4~5份、酸性催化剂0.02~0.1份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述苯酚类化合物选自苯酚、间苯二酚中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述苯酚类化合物为苯酚和间苯二酚的混合物，所述苯酚和间苯二酚的重量比为1:(0.8~1.2)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂选自草酸、盐酸、硫酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的反应温度为90~100℃、反应时间为2~4小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述非质子极性溶剂选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的所述凝固浴为非质子极性溶剂和水的混合物，所述凝固浴中非质子极性溶剂和水的重量比为(0.5~2):(8~9.5)。
9.一种聚偏氟乙烯分离膜，其特征在于，由如权利要求1~8中任意一项所述的制备方法制备而成。
10.如权利要求9所述的一种聚偏氟乙烯分离膜在污水处理中的应用。
说明书
一种聚偏氟乙烯分离膜及其制备方法和在污水处理中的应用
技术领域
本申请涉及膜分离技术领域，更具体而言，其涉及一种聚偏氟乙烯分离膜及其制备方法和在污水处理中的应用。
背景技术
聚偏氟乙烯（简称PVDF）是一种很好的膜材料，有优良的化学稳定性、耐辐射性、抗污染性和耐热性，但是聚偏氟乙烯由于表面能极低，有极强的疏水性，制备得到的聚偏氟乙烯分离膜亲水性差，同时在污水处理中，聚偏氟乙烯分离膜容易吸附有机污染物，造成膜通量降低以及缩短使用寿命。因此，如何有效地提高膜的亲水性，减少膜污染，是众多研究者研究的主要目标。
发明内容
为了提高膜的亲水性和抗污染性，延长膜的使用寿命，本申请提供一种聚偏氟乙烯分离膜及其制备方法和在污水处理中的应用。
第一方面，本申请提供的一种聚偏氟乙烯分离膜的制备方法，采用如下的技术方案：
一种聚偏氟乙烯分离膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将重量比为1:(0.1~0.2):(0.5~1.2):(5~8)的聚偏氟乙烯、腰果酚基聚合物、致孔剂和非质子极性溶剂混合均匀形成铸膜液；
(2)将铸膜液流延于平板基体上形成平板液膜；
(3)平板液膜浸入凝固浴中，并经过洗涤、干燥后，得到聚偏氟乙烯分离膜；
所述腰果酚基聚合物是由腰果酚、苯酚类化合物和重量百分比浓度为30~50%的甲醛在酸性催化剂下发生缩聚反应而得；以重量份数计，腰果酚4~6份、苯酚类化合物3~5份、重量百分比浓度为30~50%的甲醛水溶液4~5份、酸性催化剂0.02~0.1份。优选的，以重量份数计，腰果酚5份、苯酚类化合物4份、重量百分比浓度为37%的甲醛水溶液4.5份、酸性催化剂0.05份。
可选的，所述苯酚类化合物选自苯酚、间苯二酚中的至少一种。
可选的，所述苯酚类化合物为苯酚和间苯二酚的混合物，所述苯酚和间苯二酚的重量比为1:(0.8~1.2)。优选的，所述苯酚和间苯二酚的重量比为1:1。
可选的，所述酸性催化剂选自草酸、盐酸、硫酸中的至少一种。优选的，所述酸性催化剂为草酸。
可选的，所述聚合反应的反应温度为90~100℃、反应时间为2~4小时。
可选的，步骤(1)中的所述非质子极性溶剂选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。优选的，步骤(1)中的所述非质子极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
可选的，步骤(1)中的所述致孔剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的至少一种。优选的，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮。
可选的，步骤(3)中的所述凝固浴为非质子极性溶剂和水的混合物，所述凝固浴中非质子极性溶剂和水的重量比为(0.5~2):(8~9.5)。优选的，所述凝固浴中非质子极性溶剂和水的重量比为(0.8~1.2):(8.8~9.2)。更优选的，所述凝固浴中所述非质子极性溶剂和水的重量比为1:9。其中，所述凝固浴中的非质子极性溶剂选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。进一步的，所述凝固浴中的非质子极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
第二方面，本申请提供的一种聚偏氟乙烯分离膜，采用如下的技术方案：
一种聚偏氟乙烯分离膜，是由上述制备方法制备而成。
第三方面，本申请提供的一种聚偏氟乙烯分离膜，在污水处理中的应用。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
第一、本申请通过腰果酚基聚合物对聚偏氟乙烯进行共混改性，从而提高了膜的亲水性和抗污染性，并延长了膜使用寿命。由于在制膜过程中腰果酚基聚合物的亲水基团向聚偏氟乙烯分离膜的表面迁移，从而降低了聚偏氟乙烯分离膜的接触角、BSA静态吸附量，提高了聚偏氟乙烯分离膜的纯水通量、通量恢复率、临界通量；并且腰果酚烷基长链穿插于聚偏氟乙烯分离膜中，防止腰果酚基聚合物在聚偏氟乙烯分离膜中迁移、甚至流失，提高了腰果酚基聚合物和聚偏氟乙烯的共混稳定性，并保障了聚偏氟乙烯分离膜的运行时间。
第二、腰果酚基聚合物中腰果酚与苯酚和/或间苯二酚的协同配合，尤其是腰果酚与苯酚、间苯二酚的协同配合，提高了聚偏氟乙烯分离膜的各项性能。由于腰果酚基聚合物中腰果酚的烷基长链过多，位阻过大，从而影响聚偏氟乙烯分离膜的各项性能；而苯酚和间苯二酚的存在平衡了腰果酚中长链烷基的位阻问题。