一种三维超疏水膜蒸馏用膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114618329A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202210352666.8(22)申请日2022.04.02(71)申请人天津工业大学地址300387天津市西青区宾水西道399号(72)发明人赵义侠王春艳鞠敬鸽李雅芳厉宗洁康卫民(51)Int.Cl.B01D71/34(2006.01)B01D71/80(2006.01)B01D69/02(2006.01)B01D67/00(2006.01)B01D61/36(2006.01)C02F1/44(2006.01)C02F103/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种三维超疏水膜蒸馏用膜及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种三维超疏水膜蒸馏用膜及其制备方法，属于膜蒸馏技术领域。所述制备方法是将聚四氟乙烯聚合物和八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷纳米粒子为纺丝液，以聚乙烯醇为混合溶剂，通过静电纺丝技术和焙烧工艺制备超疏水纳米纤维膜。八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷纳米粒子嵌入聚四氟乙烯纳米纤维增强了纳米纤维膜表面粗糙度和机械坚固性，并赋予其更高的拉伸模量，同时使该膜蒸馏用膜具有独特的三维超疏水性能和较高的孔隙率。本发明所述的制备三维超疏水膜蒸馏用膜的制备方法具有较高的水通量、截留率以及出色的长期稳定性，在海水淡化、盐水和微咸水处理的领域具有广阔的应用前景。CN114618329ACN114618329A权利要求书1/1页1.一种三维超疏水膜蒸馏用膜，其特征在于，由表面凹凸状纤维构成，纤维平均直径范围在400～800nm之间，纤维膜的孔隙率不小于63％，平均孔径0.5‑1.5μm，接触角≥150°。2.根据权利要求书1中所述一种三维超疏水膜蒸馏用膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一定温度下，将聚乙烯醇粉末溶解在去离子水中，制得聚乙烯醇溶液。(2)将聚四氟乙烯水乳液与步骤(1)中的聚乙烯醇溶液混合，得到聚四氟乙烯/聚乙烯醇溶液。(3)将八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷按照一定比例分散在聚四氟乙烯/聚乙烯醇溶液中，制备出最终的纺丝液。(4)采用静电纺丝技术和焙烧工艺，最终制得聚四氟乙烯/聚乙烯醇/八乙烯基笼型聚倍半硅氧烷超疏水纳米纤维膜。3.根据权利要求书2中所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶解温度为85～95℃，溶解时间为3～8h，聚乙烯醇溶液的质量分数为8～12wt％。4.根据权利要求书2中所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述聚四氟乙烯的质量分数为60wt％，最终得到的混合溶液中聚乙烯醇与聚四氟乙烯的质量比为9∶1～18∶1。5.根据权利要求书2中所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述静电纺丝技术的纺丝参数为：纺丝电压25～40kV，接收距离16～22cm，纺丝速度0.6‑2.0mL/h，纺丝环境温度20～30℃，相对湿度25～40％。6.根据权利要求书2中所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述焙烧工艺的参数为：焙烧温度370‑400℃，焙烧时间为0.5‑3.0h，升温速率为2‑8℃/min。2CN114618329A说明书1/4页一种三维超疏水膜蒸馏用膜及其制备方法技术领域[0001]本发明属于膜蒸馏系统应用技术领域，具体涉及一种三维超疏水膜蒸馏用膜的制备方法。背景技术[0002]膜蒸馏(MD)是由热进料侧和冷渗透侧之间的蒸汽压力梯度驱动的非等温膜过程。在MD过程中，蒸汽分子能够从进料侧溶液中扩散，通过一个多孔的疏水膜，并在渗透侧冷凝。与其他膜分离工艺相比，MD工艺具有独特的优点，如理论上100％截留非挥发性分子、较低的操作温度和压力，以及处理高盐水的能力。由于这些优势，MD有望成为海水淡化、盐水和微咸水处理以及水溶液中有机和重金属去除的替代解决方案。然而，MD的大规模商业化受到低性能的膜和高能耗两个主要缺点的限制。[0003]在MD工艺中，疏水性和高度多孔的膜是分离进料侧和渗透侧所必需的物理屏障。MD膜通常由商用疏水聚合物制成，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。在这些聚合物中，PTFE是制造MD膜最理想的材料。首先，因PTFE中碳主链和C‑‑3F2侧键的存在，其疏水性最高，表面能最低，为9～20×10N/m。其次，由于其晶体结构，它具有最佳的热稳定性和耐化学性。但是，由于PTFE是非极性聚合物，不能被常见的极性溶剂溶解，因此其加工性能差。商用PTFE膜通常通过膜劈裂和浆料挤压法制备，但在制备过程中使用了大量润滑剂，这导致了相当大的环境污染。除了传统方法开发的膜外，还可以通过静电纺丝制造由直径从几纳米到微米的重叠纳米纤维组成的纳米纤维PTFE膜。[0004]近年来，已经开发了一些用于MD的静电