【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分离膜材料领域，具体涉及一种梯度浸润性微孔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、工业活动、石油开采以及日常生活中的含油废水排放对环境构成了严峻挑战，不仅威胁到生态系统的健康，还可能直接危害人类福祉。传统的油水分离方法，如离心、气浮、絮凝和吸附等，尽管在某些特定条件下有效，但普遍面临着高能耗、二次污染以及材料吸附饱和后失效的问题。
2、近年来，膜分离技术因其高效的选择性和相对较低的操作成本而获得了广泛关注。然而，基于孔径筛分机制的传统聚合物分离膜容易受到膜污染的影响，这不仅降低了膜的使用寿命，也增加了维护成本，限制了其在实际应用中的长效运行能力。随着全球范围内对环境保护意识的提升，市场对于能够持续稳定运行、具备优良抗污性能的油水分离解决方案的需求日益增长。
3、目前主要通过防御油污与膜表面接触、通过热解、催化降解等去除策略来提升抗污性能，但仍存在长期抗污性能不佳、分离过程不连续等问题，聚结破乳是让乳液透过膜得到分层的油水两相，虽然可去除部分油污，但压力及亲和力的增加易导致聚结油相变形并附着在膜孔内，导致膜污染。究其原因是现有油水分离过程为让乳液中的单相或双相透过膜，造成油污附着在膜表面造成膜污染。因此，如何阻止油污附着在膜表面是抗污染分离的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种用于产生微纳气泡的梯度浸润性微孔膜，并设计微纳气泡发生装置，其中气体从梯度浸润性微孔膜的疏水侧由下往上扩散进入到进液区并分散成微纳气泡
2、本专利技术提供一种梯度浸润性微孔膜，所述梯度浸润性微孔膜包括下层疏水层和上层亲水层，且所述梯度浸润性微孔膜的亲水性从上表面到下表面逐渐递减，所述上层亲水层的上表面的接触角＜90°且水滴浸润时间＜10s，所述下层疏水层的下表面的接触角＞90°且＜160°。
3、在一些实施方式中，所述上层亲水层和下层疏水层的厚度比为（1-20）：（99-80）。
4、在一些实施方式中，所述梯度浸润性微孔膜具有多级孔道结构，所述梯度浸润性微孔膜的孔隙率为50-90%且平均孔径为50-1000nm。
5、本专利技术的第二个目的在于提供上述梯度浸润性微孔膜的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
6、s1、将成膜聚合物溶解于第一有机溶剂中，经过搅拌处理后得到铸膜液；
7、s2、将步骤s1制得的铸膜液进行脱泡处理后，涂布在无纺布上得到初生膜；
8、s3、将步骤s2制得的初生膜置于凝固浴中处理完毕后，取出进行浸泡处理后晾干；
9、s4、将微孔膜进行浸润处理后，将微孔膜的上表面面向亲水改性液并漂浮于亲水改性液面上进行改性反应后，取出晾干得到梯度浸润性微孔膜。
10、与现有技术相比，本专利技术的制备过程中，先通过刮膜技术制备微孔聚合物膜，再通过亲水性聚合物将膜表面改性得到梯度浸润性微孔膜。
11、在一些实施方式中，所述步骤s1中，成膜聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、丙烯酸酯、聚醚砜、聚砜中的至少一种；所述第一有机溶剂选自n, n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、丙酮、氯仿中的至少一种；所述铸膜液的浓度为10-30wt%。
12、在一些实施方式中，所述步骤s1中，搅拌处理的温度为20-100℃。
13、与现有技术相比，适当的温度控制（如20-100℃）可以防止溶液在搅拌过程中出现局部过饱和现象，确保整个溶液体系的均匀性；而通过调整温度，可以在不同阶段精确控制溶液的粘度，确保铸膜液具有理想的流动性和涂布性能。
14、在一些实施方式中，所述步骤s2中，初生膜的厚度为50-300μm。
15、在一些实施方式中，所述步骤s3中，凝固浴的温度为10-50℃，且所述凝固浴由质量比为（9:1）-（1:9）的水和第二有机溶剂组成，置于凝固浴中处理的时间为5-60s。
16、在一些实施方式中，所述步骤s4中，第二有机溶剂选自乙醇、甲醇、n, n-二甲基甲酰胺、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、二甲基亚砜、n, n-二甲基甲酰胺、n, n-二甲基乙酰胺中的至少一种。
17、在一些实施方式中，所述步骤s4中，浸泡处理的温度为20-100℃，浸泡液为纯水，时间为6-48h。
18、在一些实施方式中，所述步骤s5中，浸润处理采用的有机溶剂选自甲醇、正己烷、甲苯、乙醇中的至少一种；所述亲水改性液的浓度为0.1 -90 g/l，且选自氨基酸类、烯丙基基团类、羟基基团类聚环氧乙烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段共聚物、聚醚型聚酯嵌段共聚物、聚硅氧烷类亲水整理剂、聚氨酯类聚合物及表面活性剂中的至少一种。
19、本专利技术的第三个目的在于提供一种微纳气泡发生装置，包括
20、分离单元：包括容纳腔，容纳腔内设置有梯度微浸润膜，且所述梯度微浸润膜将所述容纳腔分为进液区与进气区，且在竖直方向上，所述进液区位于所述进气区的上方，所述梯度微浸润膜的上层疏水层朝向进液区，所述梯度微浸润膜的下层亲水层朝向进气区，且所述进液区上设置有进液口，所述进气区上设置有进气口；
21、气体供给单元：用于提供气压，与进气口相连通；
22、乳液供给单元：用于提供待分离乳液，与进液口相连接。
23、在一些实施方式中，所述气体供给单元包括气瓶，所述气瓶的出气口与所述进气口相连通，所述气瓶上还设置有压力表和流量计；所述乳液供给单元包括乳液罐，所述乳液罐通过蠕动泵与所述进液口相连接。
24、在一些实施方式中，所述进液区的上方设置有油相储存区，且在竖直方向上，进液口位于所述油相储存区的下方；
25、在一些实施方式中，所述进液区上还设置有出液口，且所述出液口与所述乳液罐相连接，在竖直方向上，所述进液口位于所述出液口的上方。
26、此外，本专利技术制备梯度浸润性微孔膜及设计微纳气泡发生器的方法具有以下优点：
27、1、本专利技术创新构筑微孔膜海绵状结构，及梯度浸润性改性，即通过调控膜孔结构对气体进行初步切割，提升气体透过率及减少进气压力，进而通过梯度浸润性改性，在本体膜表面形成单侧薄层亲水层界面，在缩减气泡尺寸的同时，提升膜表面污染能力。
28、2、本专利技术通过设计微纳气泡发生装置，其中气体从梯度浸润性微孔膜的疏水侧由下往上扩散进入到进液区并分散成微纳气泡，基于微纳气泡与乳液中油相的亲和性，使微纳气泡与油相相互作用，达到破乳效果，此外上升的众多微纳气泡不断与乳液碰撞，加速乳液破乳，最后经气泡浮力及破裂作用，将破乳油相传输至进液区顶端，得到分层的水相及油相，实现持久分离过程及油水同步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种梯度浸润性微孔膜，其特征在于，所述梯度浸润性微孔膜包括下层疏水层和上层亲水层，且所述梯度浸润性微孔膜的亲水性从上表面到下表面逐渐递减，所述上层亲水层的上表面的接触角＜90°且水滴浸润时间＜10s，所述下层疏水层的下表面的接触角＞90°且＜160°。
2.如权利要求1所述的梯度浸润性微孔膜，其特征在于，所述上层亲水层和下层疏水层的厚度比为（1-20）：（99-80）；
3.一种如权利要求1-2任一所述的梯度浸润性微孔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，成膜聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、丙烯酸酯、聚醚砜、聚砜中的至少一种；所述第一有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、丙酮、氯仿中的至少一种；所述铸膜液的浓度为10-30wt%；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，初生膜的厚度为50-300μm；
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，浸润处理采用的有机溶剂选自甲醇、正己烷、甲苯、乙醇中的至少一种；所述亲水改性液的浓度为0.1 -90 g/L，且选自氨基酸类、烯丙基基团类、羟基基团类聚环氧乙烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段共聚物、聚醚型聚酯嵌段共聚物、聚硅氧烷类亲水整理剂、聚氨酯类聚合物及表面活性剂中的至少一种。
8.一种微纳气泡发生装置，其特征在于，包括
9.如权利要求8所述的微纳气泡发生装置，其特征在于，所述气体供给单元包括气瓶（1），所述气瓶（1）的出气口与所述进气口相连通，所述气瓶（1）上还设置有压力表（2）和流量计（3）；所述乳液供给单元包括乳液罐（8），所述乳液罐（8）通过蠕动泵（7）与所述进液口相连接。
10.如权利要求8所述的微纳气泡发生装置，其特征在于，所述进液区（6）的上方设置有油相储存区（9），且在竖直方向上，进液口位于所述油相储存区（9）的下方；
...【技术特征摘要】
1.一种梯度浸润性微孔膜，其特征在于，所述梯度浸润性微孔膜包括下层疏水层和上层亲水层，且所述梯度浸润性微孔膜的亲水性从上表面到下表面逐渐递减，所述上层亲水层的上表面的接触角＜90°且水滴浸润时间＜10s，所述下层疏水层的下表面的接触角＞90°且＜160°。
2.如权利要求1所述的梯度浸润性微孔膜，其特征在于，所述上层亲水层和下层疏水层的厚度比为（1-20）：（99-80）；
3.一种如权利要求1-2任一所述的梯度浸润性微孔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，成膜聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、丙烯酸酯、聚醚砜、聚砜中的至少一种；所述第一有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n, n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、丙酮、氯仿中的至少一种；所述铸膜液的浓度为10-30wt%；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，初生膜的厚度为50-300μm；
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘富，丁雅杰，王建强，黄志洋，王德胜，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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