基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种基于蔗糖脂肪酸酯(SE)的裂纹孔道聚合物膜及其制备方法，以蔗糖脂肪酸酯(SE)为添加剂，采用非溶剂致相转化法制得了具有裂纹状高孔隙结构的膜材料，该制备方法在PMIA膜、PVDF膜、PES膜、PSf膜及PAN膜中均具有普适性。利用SE两亲特性在铸膜液和凝固浴之间的微观作用，以及SE自身微相分离自组装策略，调控膜材料多层级尺度膜结构，以实现具有特定裂纹状表面结构的高孔隙膜材料，表面开孔率高，且表面孔径结构的均一性好，从而实现了膜精细选择能力与渗透性能的双效提升；还能够赋予膜材料永久亲水性能，进一步提升了膜的抗污染能力，能够更好地满足市场对性能优异的新型滤膜材料的需求。型滤膜材料的需求。型滤膜材料的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种聚合物膜，具体涉及一种基于蔗糖脂肪酸酯(SE)的裂纹孔道聚合物膜及其制备方法；属于膜材料制备


技术介绍

[0002]作为当今迅速发展的高新技术，膜技术在确保可持续发展，尤其是在污废水处理、水质净化和水资源再利用领域将担当重要角色。膜技术作为新兴水处理技术，不但具有物质分离、能量转换、物质转化、控制释放、电荷传导、物质识别等功能，还具有高效、节能、环保、操作简便等突出优点，兼具投资少、占地面积小、出水水质好等诸多优势，已成为当前水资源化利用的经济又清洁的方法。因此，膜技术将为水环境安全及污水资源化利用保驾护航，为创建绿色产业奠定技术基础。
[0003]膜技术的核心在于高性能的膜材料，其材质和微纳结构决定了该材料的分离特性与应用场景。现有技术中，膜的制备方法多种多样，其中，非溶剂致相转化法制膜是最常用的一种方法，相转化过程是一个非常复杂的热力学和动力学过程，包含了诸多影响因素，其中热力学因素包括聚合物种类及含量、溶剂种类及含量、非溶剂添加剂种类及含量等；动力学因素包括凝胶浴种类及温度、后处理温度及时间、膜厚尺寸等。这些因素均可以影响铸膜液体系固化成膜过程的路径，从而造成不同的膜结构，该工艺过程由于简便，易规模化，已成为获得膜材料的主要制备工艺，通过该工艺制备获得的膜材料结构通常是由表层和提供支撑作用多孔底层组成的不对称形貌结构，其表面结构影响了膜的主要渗透性能和分离性能。然而，由于该制膜过程所得的膜表面结构通常是以圆孔型或者不规则大孔型结构为主，如图1所示，存在膜表面开孔率低(一般低于5％)，且孔径分布较宽的弊端，导致膜材料的渗透性能和选择性能难以达到理想期望。
[0004]此外，膜在使用过程中，有机物容易吸附到膜的表面或内孔壁上，导致膜在过滤过程中易于形成滤饼层，进而会降低分离效率并增加运行成本。而且，当微生物与膜接触时，会通过多种物理作用在膜表面发生可逆吸附，以多糖为锚定物转化为不可逆吸附态，然后微生物重复生长繁殖的过程，最终在膜表面形成生物膜，污染整个膜表面。传统的膜材料因为膜污染的问题，导致渗透性能较低，影响使用效果。
[0005]鉴于上述问题，如何优化膜材料的表面结构，获得高表面开孔率的同时，保持孔径均一性，并减缓污染物在膜表面的不可逆吸附，是行业内的研究难点和热点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜及制备方法，构建了具有特定裂纹状表面结构的高孔隙膜材料，实现了膜精细选择能力与渗透性能的双效提升，并优化了膜材料的抗污染性能。
[0007]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]本专利技术首先公布了一种基于蔗糖脂肪酸酯(SE)的裂纹孔道聚合物膜，以蔗糖脂肪
酸酯(SE)为添加剂，采用非溶剂致相转化法制得了具有裂纹状高孔隙结构的膜材料。
[0009]优选地，前述膜为PMIA膜、PVDF膜、PES膜、PSf膜或PAN膜，该方法在众多聚合物膜中均具有普适性和通用性。
[0010]更优选地，前述聚合物膜由顶部致密的表皮层和指状多孔底层构成，随着蔗糖脂肪酸酯含量的增加，膜的非孔区域结构逐渐转变为多孔疏松结构；这种多孔结构的形成有助于优化膜的渗透性。
[0011]更优选地，前述聚合物膜以PMIA为聚合物，所述蔗糖脂肪酸酯(SE)的质量百分含量为0.4wt.％，得到的复合膜表面开孔率可高达15％，整体孔隙率达70％，纯水通量高于1000L
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‑1。而现有技术中的复合膜表面开孔率一般仅为3～5％，纯水通量最优一般在700L
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‑1左右，可见本申请所制得的复合膜表面开孔率和整体孔隙率都得到了大大提升，进而能够使膜材料的渗透性大幅优化。
[0012]本专利技术还公布了如前所述的基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1、将SE加入到极性溶剂中，搅拌形成稳定的混合溶液；
[0014]S2、将聚合物加入混合溶液中，加热升温至70～100℃，充分溶解形成均匀稳定的铸膜液后，降温静置脱泡，通过非溶剂诱导相分离法形成膜。
[0015]优选地，前述极性溶剂为DMF溶剂，或为氯化锂与DMAc混合形成的透明均质溶液。
[0016]优选地，前述聚合物为：PMIA、PVDF、PES、PSf或PAN。在该方法的实际应用中，并不限于上述列举的各聚合物，如PVC、PP等能够成膜的聚合物均可进行扩展应用。
[0017]再优选地，前述聚合物的质量百分比为10～20wt.％，所述SE的质量百分比不超过1wt.％，其余则为溶剂。
[0018]更优选地，前述SE的添加量为0.4wt.％，该添加量所制得的复合膜纯水通量增加至1011.32
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31.41L
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‑1，整体截留率保持在80％左右，通量恢复率优化至50.38％，在有效提升膜的渗透性能的同时，还能够赋予膜较好的耐污染性及通量可恢复性。
[0019]进一步优选地，前述步骤S2中，具体的成膜方法为：将铸膜液浇铸在玻璃板上，使用玻璃棒对其进行刮涂，刮膜完成后在空气中短暂停留，再将新生的PMIA平板膜浸入温度为25℃的去离子水凝固浴中，相分离成膜后，用去离子水清洗制备的膜，最后将其储存在去离子水中备用。
[0020]此外，本专利技术因其制备过程原料无毒性，工艺绿色环保，因而所制得的基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜除了能够应用于一般的工业污水处理，还在饮用水净化领域中具有极好的应用前景。
[0021]本专利技术的有益之处在于：
[0022](1)本专利技术中将蔗糖脂肪酸酯(SE)这一多元醇系非离子添加剂用于制备聚合物膜，利用SE两亲特性在铸膜液和凝固浴之间的微观作用，以及SE自身微相分离自组装策略，调控膜材料多层级尺度膜结构，以实现具有特定裂纹状表面结构的高孔隙膜材料，并实现表面孔径结构的均一性，从而实现膜精细选择能力与渗透性能的双效提升；还能够赋予膜材料永久亲水性能，进一步提升膜的抗污染能力。
[0023](2)本专利技术制得的聚合物膜表面结构为裂纹孔，相较于传统的圆形孔结构具有更高的表面开孔率和更优的空隙结构，从而可以有效提升膜的渗透能力。现有技术中通过相
转化得到的膜的表面开孔率只有5％以下，而本申请的SE改性后的膜的表面最高开孔率可以达到10％左右甚至高达15％，较传统相转化制备的膜材料高出达3倍，膜的整体孔隙率最高可达到71.51
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0.72％，进而获得了高渗透性能的膜材料，水通量可高达1011.32
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31.41L
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‑1，截留率保持在80％左右。
[0024](3)本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜，其特征在于，以蔗糖脂肪酸酯为添加剂，采用非溶剂致相转化法制得具有裂纹状高孔隙结构的膜材料。2.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜，其特征在于，所述膜为PMIA膜、PVDF膜、PES膜、PSf膜或PAN膜。3.根据权利要求1所述的一种基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜，其特征在于，所述聚合物膜由顶部致密的表皮层和指状多孔底层构成，随着蔗糖脂肪酸酯含量的增加，膜的非孔区域结构逐渐转变为多孔疏松结构。4.根据权利要求3所述的一种基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜，其特征在于，以PMIA为聚合物，所述蔗糖脂肪酸酯的质量百分含量为0.4wt.％，得到的聚合物膜表面开孔率高达15％，整体孔隙率达70％，纯水通量高于1000L
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‑1。5.如权利要求1～4任一项所述的基于蔗糖脂肪酸酯的裂纹孔道聚合物膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将SE加入到极性溶剂中，搅拌形成稳定的混合溶液；S2、将聚合物加入混合溶液中，加热升温至70～100℃充分溶解，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，王雪琪，赵珍珍，郑喜，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：