一種超親水凝膠復合膜的制備方法及其用途與流程

本發明涉及一種超親水凝膠復合膜的制備方法，屬環境功能材料制備技術領域。

背景技術：

環境問題已經成為人類面臨的一大挑戰，霧霾、污水、廢渣、廢氣、白色污染等等，都在嚴重威脅這地球的環境和人類的健康。而這每一個問題的出現，都是人類自身的發展帶來的，每一個問題的解決，也必將使科技工作者付出艱辛的努力。而廢水的處理無疑是可以起到解決環境問題和水資源缺乏問題，達到一舉兩得效果的雙贏之舉。其中原油開采，海上漏油事故，生活污水等造成的大量的含油廢水已成為困擾環境的一大挑戰。含油廢水會對環境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速擴散形成一層不透氣的油膜會阻礙水體的復氧作用，導致海洋水體缺氧，影響海洋浮游生物生長，破壞海洋生態平衡。含油污水處理起來也極為困難、效率低、成本高，污水中油按物理狀態分為四種：游離油、分散油、乳化油、溶解油。

常用于含油廢水處理的方法主要有重力法、離心法、氣浮法、吸附法，化學法、生物法及膜分離法。其中膜分離具有能耗低、單級分離效率高、過程靈活簡單、環境污染低、通用性強等優點，但是膜分離應用效率受膜的抗污染性、熱穩定性、化學穩定性等內在因素及膜組件形式、操作條件等外在因素的限制。隨著材料科學的發展近年來基于特殊潤濕性的表面材料研究發展迅猛，主要包括超親水、超疏水、超親油、超疏油、超雙疏、超雙親表面等，在自清潔表面，防霧涂層，防污涂層、防指紋涂層，微液滴傳遞技術，油水分離等方面取得了一系列應用。油水分離的本質是界面問題，通過設計材料表面的特殊浸潤性，得到超疏油或者超疏水的分離材料，無疑是提高其油水分離性能最有效的手段。然而基于特殊潤濕性的膜材料的應用也存在很多問題，例如膜的耐溶脹性差、耐化學品性能差、通量衰減較快、處理含油污水的類型有限、分離效率不高等等，這些問題都亟待解決。

本發明將pvdf膜，通過簡單的修飾制備具有超親水/水下超疏油特性的凝膠復合膜，該膜具有較高的穩定性，可用于油水分離。

技術實現要素：

本發明涉及一種超親水凝膠復合膜的制備方法。首先取3g聚偏氟乙烯(pvdf)粉末與1g聚乙二醇(peg)溶入30mln-甲基吡咯烷酮(nmp)中，50℃機械攪拌12h，通過相轉化法制成pvdf/peg共混膜。然后取9ml氨水，16.5ml乙醇，25ml去離子水配置成a溶液，加入共混膜溶于250ml圓底燒瓶中，磁子攪拌，配置b溶液：45ml乙醇與4.5ml硅酸四乙酯(teos)混勻之后倒入溶液a中，將燒瓶口封住，3h后，取出膜，用乙醇、水洗凈之后，40度烘干，制成pvdf@sio2膜。將0.1g殼聚糖徹底溶解于1ml冰醋酸和50ml去離子水中，加入pvdf@sio2膜，10分鐘后取出，晾干，制成pvdf@sio2@cs凝復合膠膜。

本發明采用的技術方案是：

一種超親水凝膠復合膜的制備方法，步驟如下：

步驟1、制備共混膜：將聚偏氟乙烯(pvdf)粉末與聚乙二醇(peg)溶入n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，機械攪拌后，得到鑄膜液，將鑄膜液倒在玻璃板上用玻璃棒均勻刮平，緩慢放入去離子水中，制成共混膜，記為pvdf共混膜；

步驟2、將氨水、乙醇、去離子水混合，得到混合液a，將步驟1中的共混膜浸漬到混合液a中；將乙醇與硅酸四乙酯(teos)混合，得到混合液b，將混合液b倒入含有共混膜的混合液a中，密封條件下室溫攪拌反應，得到pvdf@sio2膜；

步驟3、將殼聚糖溶解于冰醋酸和去離子水的混合溶液中，得到混合液c，將步驟2中的pvdf@sio2膜浸漬到混合液c中進行反應，反應完畢后，取出晾干，得到超親水凝膠復合膜，記為pvdf@sio2@cs凝膠復合膜。

步驟1中，所述聚偏氟乙烯、聚乙二醇、n-甲基吡咯烷酮的用量比為3～6g：1～2g：30ml；所述機械攪拌的溫度為50℃，機械攪拌時間為12h。

優選地，所述聚偏氟乙烯、聚乙二醇的質量比為3:1。

步驟2中，制備混合液a時，所使用的氨水、乙醇、去離子水的體積比為9～19：16.5～33：25～50；制備混合液b時，所使用的乙醇、硅酸四乙酯的體積比為10：1；所述混合液b中的乙醇與混合液a中的乙醇的體積比為30：11；所述攪拌反應的時間為3h。

步驟3中，制備混合液c時，所使用的殼聚糖、冰醋酸、去離子水的用量比為0.1g：1ml：50ml；所述反應時間為10min。

所述超親水凝膠復合膜，具有超親水/水下超疏油性，且穩定性強，制備簡單，具有一些潛在的應用，如分離含油污水中的油漬，凈化水等應用。

有益效果：

(1)本發明所用膜材料價格低廉、來源廣泛，制備方法簡單易行，可大規模生產。

(2)制得的超親水凝膠復合膜機械性能好、結構穩定、同時具有超親水/水下超疏油特性，可有效分離含油污水。

(3)本發明采用膜分離技術，流程較短、操作易控，節約資源、無二次污染，符合綠色化學概念，適于推廣使用。

附圖說明

圖1為pvdf@sio2@cs凝膠復合膜掃描電鏡圖；

圖2為pvdf@sio2膜的油接觸角，接觸角為150°；

圖3為pvdf@sio2@cs凝膠膜的油接觸角，接觸角為159°。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：

實施例1：

(1)制備共混膜：取3g聚偏氟乙烯(pvdf)粉末與1g聚乙二醇(peg)溶入30mln-甲基吡咯烷酮(nmp)中，50℃機械攪拌12h后，利用相轉化法制成pvdf共混膜。

(2)取9ml氨水，16.5ml乙醇，25ml去離子水配置成a溶液，加入共混膜溶于250ml圓底燒瓶中，磁子攪拌，配置b溶液：45ml乙醇與4.5ml硅酸四乙酯(teos)混勻之后倒入溶液a中，將燒瓶口封住，室溫下攪拌3h后，取出膜，用乙醇、水洗凈，40度烘干，制成pvdf@sio2膜。

(3)將0.1g殼聚糖徹底溶解于1ml冰醋酸和50ml去離子水中，加入pvdf@sio2膜，10分鐘后取出，晾干，制成pvdf@sio2@cs凝膠膜。

圖1為實施例1制備的超親水pvdf@sio2@cs凝膠膜的掃描電鏡圖，從圖中可以看出膜表面分布了一層凝膠，增加了膜表面的粗糙程度。

圖2為實施例1制備的pvdf@sio2膜油接觸角，其中從圖中可以看到油接觸角為150°，表現出水下疏油性質。

圖3為實施例1制備的超親水pvdf@sio2@cs凝膠膜的油接觸角，其中從圖中可以看到油接觸角為159°(＞150°)，表現出水下超疏油性質，可以看出凝膠層增強膜的疏油性。

實施例2：

(1)制備共混膜：取4.5g聚偏二氟乙烯(pvdf)粉末與1.5g聚乙二醇(peg)溶入30mln-甲基吡咯烷酮(nmp)中，50℃機械攪拌12h，將鑄膜液倒在玻璃板上用玻璃棒均勻刮平，緩慢放入去離子水中，制成pvdf共混膜。

(2)取13.5ml氨水，24.75ml乙醇，37.5ml去離子水配置成a溶液，加入共混膜溶于250ml圓底燒瓶中，磁子攪拌，配置b溶液：67.5ml乙醇與6.75ml硅酸四乙酯(teos)混勻之后倒入溶液a中，將燒瓶口封住，室溫攪拌3h后，用乙醇、水洗三遍，40度烘干，制得pvdf@sio2膜。

(3)將0.1g殼聚糖徹底溶解于1ml冰醋酸和50ml去離子水中，加入pvdf@sio2膜，10分鐘后取出，晾干，制成pvdf@sio2@cs凝膠復合膜。

實施例3：

(1)制備共混膜：取6g聚偏二氟乙烯(pvdf)粉末與2g聚乙二醇(peg)溶入30mln-甲基吡咯烷酮(nmp)中，50℃機械攪拌12h，通過相轉化法制成pvdf共混膜。

(2)取19ml氨水，33ml乙醇，50ml去離子水配置成a溶液，加入共混膜溶于250ml圓底燒瓶中，磁子攪拌，配置b溶液：90ml乙醇與9ml硅酸四乙酯(teos)混勻之后倒入溶液a中，將燒瓶口封住，攪拌3h后，乙醇、水洗洗凈，40度烘干，制成pvdf@sio2膜。

(3)將0.1g殼聚糖徹底溶解于1ml冰醋酸和50ml去離子水中，加入pvdf@sio2膜，10分鐘后取出，晾干，制成pvdf@sio2@cs凝膠復合膜。