利用壓電聚合物的反滲透膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用壓電聚合物的反滲透膜及其制備方法。該反滲透膜包括：依次設(shè)置的無紡布層、聚合物支撐層和極化處理的壓電聚合物層，其中壓電聚合物層的壓電常數(shù)是10-60pC/N。由于壓電聚合物本身的壓電特性，水中的正負(fù)電荷分別被壓電聚合物的兩個(gè)表面吸附，從而提高了鹽分子截留率，降低了能耗。
【專利說明】利用壓電聚合物的反滲透膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用壓電聚合物的反滲透膜，尤其是涉及一種利用極化后聚合物薄膜(特別是聚偏氟乙烯(PVDF))的壓電特性的反滲透膜。
【背景技術(shù)】
[0002]反滲透技術(shù)是一種現(xiàn)有的高端水處理技術(shù)，與其他技術(shù)相比，具有簡潔、操作簡單的特點(diǎn)，能夠有效去除鹽類、小分子酸等。反滲透技術(shù)的核心是反滲透膜。反滲透膜是一種半透膜，在反滲透過程中只能透過水分子而不能透過水之外的其他分子。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中溶解的鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等。具體的操作過程是，對膜一側(cè)的水性液體施加壓力，當(dāng)該壓力超過膜的滲透壓時(shí)，水之外的其他分子不能透過半透膜，因此能夠?qū)⑦@些物質(zhì)和水分離開來。
[0003]以往反滲透膜使用的聚合物通常為醋酸纖維素和聚酰胺。近年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究出了復(fù)合膜類型的反滲透膜。復(fù)合膜通常包括致密層和多孔支撐層。多孔支撐層起增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度的作用，致密層起脫鹽作用。然而不論是單層聚合物結(jié)構(gòu)的反滲透膜還是復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的反滲透膜，都需要較高的工作壓力，才能使得水分子被分離開來。
[0004]近年來發(fā)現(xiàn)，一些聚合物采用常規(guī)熱極化法、電暈極化法、電子束輻射充電法等常規(guī)極化方法后，聚合物中雜亂取向的分子偶極矩沿著特定方向(如極化電場方向)一致取向，從而能夠具有壓電特性。例如聚偏氟乙烯(PVDF)是一種半晶態(tài)鐵電聚合物，在溶液中或者熔融狀態(tài)下結(jié)晶都只能得到螺旋式構(gòu)象的非極性α晶型。采用上述方法極化后，能夠形成極性β晶型，使得聚偏氟乙烯(PVDF)具有壓電性。
[0005]這些極化壓電聚合物材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于傳感器和驅(qū)動裝置領(lǐng)域，典型的應(yīng)用包括醫(yī)療器械、光、計(jì)算機(jī)、超聲等，然而并沒有將極化壓電聚合物材料應(yīng)用到反滲透膜的構(gòu)思。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有反滲透膜工作壓力高，能耗大的缺陷，提供了一種利用壓電聚合物的反滲透膜，由于壓電聚合物本身的壓電特性，水中的正負(fù)電荷分別被壓電聚合物的兩個(gè)表面吸附，從而提高了鹽分子截留率，降低了能耗。本發(fā)明反滲透膜可以用作納濾膜，截留分子量(MWCOO)能夠達(dá)到10萬道爾頓。
[0007]本發(fā)明的反滲透膜，在對膜施加外壓的時(shí)候，由于壓電聚合物(極化聚偏氟乙烯膜)本身的壓電特性，使壓電聚合物的兩個(gè)表面都帶上電荷。這樣，直接與水接觸的壓電聚合物表面(第一表面)，吸附水中與該第一表面所帶電荷電性相反的鹽離子；然后與第一表面電荷電性相同的鹽離子通過壓電聚合物膜，該通過的鹽離子在壓電聚合物的另一表面(第二表面)被吸附，從而截留水中的鹽分子，而水分子進(jìn)一步通過支撐層，完成反滲透凈化。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的第一技術(shù)方案是:一種利用壓電聚合物的反滲透膜，該反滲透膜包括:層疊設(shè)置的支撐層和極化處理的壓電聚合物層，其中壓電聚合物層材料的壓電常數(shù)是10-60pC/N。
[0009]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述壓電聚合物層材料的壓電常數(shù)是30-55pC/N。
[0010]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述壓電聚合物層所用材料是極化處理的聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟乙烯(PTrFE)、尼龍-11、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚醋酸乙酯(PVAc )、聚(亞乙烯基氰/醋酸乙烯)(PVDCN/VAc )、聚苯基氰基醚(PPEN)。
[0011]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述支撐層是第一無紡布層。
[0012]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述支撐層包括層疊設(shè)置的第一無紡布層和聚合物層，其中聚合物層位于極化處理的壓電聚合物層和第一無紡布層之間。
[0013]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述聚合物層所用材料是聚砜、聚亞胺或聚偏氟乙烯。
[0014]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，該反滲透膜進(jìn)一步包括第二無紡布層，其層疊設(shè)置在極化處理的壓電聚合物層上。
[0015]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜，所述反滲透膜是平板膜或管式膜。
[0016]本發(fā)明提供的第二技術(shù)方案是:一種反滲透膜的制備方法，該方法包括:
[0017]( I)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料；
[0018](2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體:將所述漿料涂覆在支撐層上，涂覆所述漿料時(shí)施加應(yīng)力和電場進(jìn)行極化處理，在極化溫度為60-95°C下極化處理50-70min得到支撐層-壓電聚合物層的層疊體；其中，應(yīng)力方向?yàn)槠叫杏趬弘娋酆衔飳臃较?，?yīng)力大小為0.l_2Mpa ;電場方向?yàn)榇怪庇趬弘娋酆衔飳臃较颍妶鰪?qiáng)度為3-25Kv/m ;
[0019](3)冷卻:保持應(yīng)力0.05-0.2Mpa和電場強(qiáng)度0.5-1.5kV/m條件下冷卻所得層疊體到室溫，得到反滲透膜。
[0020]本發(fā)明提供的第三技術(shù)方案是:又一種反滲透膜的制備方法，該方法包括:
[0021]( I)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料；
[0022](2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體:將所述漿料采用刮刀按照刮速為5-20mm/min涂覆在支撐層上，涂覆所述漿料時(shí)施加電場強(qiáng)度為5-15Kv/m電場進(jìn)行極化處理50-70min，得到反滲透膜。
[0023]前述的反滲透膜的制備方法，步驟(2)中，采用刮刀在支撐層上涂覆所述漿料，使得壓電聚合物層極化力始終沿接觸點(diǎn)方向相切。
[0024]前述的反滲透膜的制備方法，所述壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯時(shí)，步驟(I)中，用N，N-二甲基甲酰胺溶解聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯得到漿料。
[0025]前述的反滲透膜的制備方法，在進(jìn)行步驟(I)前，將聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯用堿性溶液浸泡進(jìn)行親水處理。
[0026]前述的反滲透膜的制備方法，所述支撐層是第一無紡布層；或者所述支撐層包括層疊設(shè)置的第一無紡布層和聚合物層。
[0027]前述的反滲透膜的制備方法，該方法進(jìn)一步包括在極化處理的壓電聚合物層上層
疊設(shè)置第二無紡布層。
[0028]前述的利用壓電聚合物的反滲透膜在含鹽水過濾中的應(yīng)用。[0029]所述含鹽水中的鹽是指能夠溶解于水形成離子的鹽，這些離子包括:堿金屬離子例如鉀、鈉離子，堿土金屬離子例如鈣離子、鎂離子，重金屬離子例如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、銀的離子，以及陰離子例如硫酸根離子，氯離子，硝酸根離子。
[0030]應(yīng)用本發(fā)明的利用壓電聚合物的反滲透膜進(jìn)行水處理，脫鹽率和水通量高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1本發(fā)明反滲透膜的【具體實(shí)施方式】的平板膜結(jié)構(gòu)。
[0032]圖2本發(fā)明反滲透膜的另一種【具體實(shí)施方式】的平板膜結(jié)構(gòu)。
[0033]圖3本發(fā)明反滲透膜的另一種【具體實(shí)施方式】的平板膜結(jié)構(gòu)。
[0034]圖4本發(fā)明反滲透膜的另一種【具體實(shí)施方式】的平板膜結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0036]參考圖1，一種利用壓電聚合物的反滲透膜，該反滲透膜包括:層疊設(shè)置的支撐層I和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層材料的壓電常數(shù)是10-60pC/N (優(yōu)選30-55pC/N)。本發(fā)明對利用壓電聚合物的反滲透膜的形式?jīng)]有特殊的要求，根據(jù)使用需要，平板膜、管式膜均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，圖1所示是本發(fā)明利用壓電聚合物的反滲透膜的平板膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明反滲透膜可以用作納濾膜。
[0037]如圖2所示，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述支撐層I是第一無紡布層11。本發(fā)明對無紡布層所用材料沒有特殊規(guī)定，常規(guī)應(yīng)用于反滲透膜的無紡布層用材料均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0038]如圖3所示，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，所述支撐層包括層疊設(shè)置的第一無紡布層11和聚合物層12。即反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11、聚合物層12和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層的壓電常數(shù)是10-60pC/N (優(yōu)選30-55pC/N)。
[0039]如圖4所示，在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，利用壓電聚合物的反滲透膜包括依次設(shè)置的支撐層1，極化處理的壓電聚合物層2和第二無紡布層3。支撐層I可以是單獨(dú)的第一無紡布層，也可以是層疊設(shè)置的第一無紡布層11和聚合物層12。
[0040]本發(fā)明壓電聚合物層2所用材料包括具有壓電效應(yīng)的半結(jié)晶高聚物和非結(jié)晶高聚物。半結(jié)晶高聚物包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚三氟乙烯(PTrFE)、尼龍-11 ;非結(jié)晶高聚物包括聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚醋酸乙酯(PVAc)、聚(亞乙烯基氰/醋酸乙烯)(PVDCN/VAc)、聚苯基氰基醚(PPEN)。本發(fā)明優(yōu)選具有壓電效應(yīng)的半結(jié)晶高聚物。本發(fā)明壓電聚合物層2的厚度可以根據(jù)反滲透的工作壓力以及除鹽類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)選為50nm_50umo
[0041]本發(fā)明對聚合物層12所用材料沒有特別限制，現(xiàn)有常規(guī)用于反滲透膜的支撐層材料均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)，例如聚砜、聚亞胺、聚偏氟乙烯等。本發(fā)明聚合物層可以市購也可以采用常規(guī)方法制備。本發(fā)明聚合物層的厚度通常在2.5-150 μ m，優(yōu)選40-100 μ m范圍內(nèi)。
[0042]本發(fā)明所述極化處理是指對高聚物進(jìn)行處理，使聚合物中雜亂取向的分子偶極矩沿著特定方向一致取向，從而能夠具有壓電特性。下面詳細(xì)說明聚合物極化的方法以及本發(fā)明利用壓電聚合物的反滲透膜的制備方法。
[0043]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，采用注塑極化法制備反滲透膜，該方法包括如下步驟:
[0044](I)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料；
[0045]在步驟(I)中，當(dāng)采用的聚合物是聚偏氟乙烯(PVDF)或聚三氟乙烯時(shí)，將聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯用堿性溶液(優(yōu)選氫氧化鈉溶液)浸泡30-60min進(jìn)行親水處理，然后用常規(guī)溶劑例如N，N- 二甲基甲酰胺溶解，接著超聲處理得到漿料。
[0046](2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體
[0047]注塑極化法是采用常規(guī)市售平板膜涂膜機(jī)在支撐層上涂覆所述漿料，并同時(shí)施加應(yīng)力和電場。具體的，將支撐層放置在用作電極的兩個(gè)金屬導(dǎo)電平板之間，然后采用設(shè)置在平板膜涂膜機(jī)兩側(cè)的壓力板向支撐層上噴涂所述漿料，同時(shí)在平行于膜方向施加應(yīng)力，在垂直于膜方向(兩個(gè)金屬導(dǎo)電平板之間)施加電場，在應(yīng)力0.l_2Mpa、電場強(qiáng)度3-25V/m、溫度60-95°C (優(yōu)選90°C)下成膜并極化處理50-70min (優(yōu)選60min)。在支撐層上形成壓電聚合物層的過程中同時(shí)受到應(yīng)力極化和高壓極化，施加電壓電場的方向與施加力的方向保持不變并始終相同。
[0048](3)冷卻
[0049]保持應(yīng)力0.05-0.2Mpa (優(yōu)選 0.1Mpa),電場強(qiáng)度 0.5-1.5kV/m (優(yōu)選 lkV/m)下冷卻層疊體到室溫(20°C)，得到反滲透膜。
[0050]在另一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，采用刮膜極化法制備反滲透膜，該方法包括如下步驟:
[0051]( I)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料；
[0052]在步驟(I)中，當(dāng)采用的聚合物是聚偏氟乙烯(PVDF)或聚三氟乙烯時(shí)，將聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯用堿性溶液(優(yōu)選氫氧化鈉溶液)浸泡30-60min進(jìn)行親水處理，然后用常規(guī)溶劑例如N，N- 二甲基甲酰胺溶解，接著超聲處理得到漿料。
[0053](2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體
[0054]刮膜極化法是采用刮刀在支撐層上涂覆所述漿料，并同時(shí)控制刮速和電場。具體的，在支撐層一側(cè)設(shè)置用作電極的金屬導(dǎo)電平板，刮刀用作另一個(gè)電極；在支撐層上刮涂所述漿料，使得聚合物受到沿接觸點(diǎn)方向相切的極化力，同時(shí)在金屬導(dǎo)電平板與刮刀之間施加電場強(qiáng)度為5-15kV/m的電場，控制刮刀刮速5-20mm/min，金屬導(dǎo)電平板溫度60_100°C(優(yōu)選90°C )下成刮膜并極化處理50-70min(優(yōu)選60min)。因?yàn)楣文O化法在室溫下進(jìn)行因此不需要進(jìn)行冷卻操作，刮膜過程中控制濕度〈10%，防止空氣擊穿，極化后得到反滲透膜。
[0055]上述反滲透膜的制備方法中，支撐層I可以是單獨(dú)的第一無紡布層，也可以是層疊設(shè)置的第一無紡布層11和聚合物層12。當(dāng)支撐層I是單獨(dú)的第一無紡布層時(shí)，壓電聚合物層2用聚合物漿料涂覆在第一無紡布層上。當(dāng)支撐層I是層疊設(shè)置的第一無紡布層11和聚合物層12時(shí)，壓電聚合物層用聚合物漿料涂覆在聚合物層12上。
[0056]在第一無紡布層11上形成聚合物層12的方法可以采用常規(guī)反滲透膜聚合物層形成方法。例如，將UDEL PS3500聚砜，水和壬基酚聚氧乙酯磷酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中得到混合物，然后將該混合物涂刮在無紡布上，接著浸入水中，除去溶劑，得到第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體。需要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以調(diào)整工藝過程，從而得到不同截留分子量(MWCOO)的聚合物層12。
[0057]本發(fā)明的利用壓電聚合物的反滲透膜，當(dāng)對反滲透膜施加外壓的時(shí)候，由于壓電聚合物(極化聚偏氟乙烯膜)本身的壓電特性，使壓電聚合物層2的兩個(gè)表面都帶上電荷。這樣，直接與被處理液體接觸的壓電聚合物層表面(第一表面)吸附被處理液體中與該第一表面所帶電荷電性相反的鹽離子；然后與第一表面電荷電性相同的鹽離子通過壓電聚合物層，該通過的鹽離子在壓電聚合物的另一表面(第二表面)被吸附，從而截留水中的鹽分子，而水分子進(jìn)一步通過支撐層，完成反滲透凈化。該反滲透膜配合超濾或者納濾保護(hù)裝置使用，能夠應(yīng)用于含鹽量高的污水、海水的處理，尤其適用于含鹽量小于IOg/噸的反滲透脫鹽裝置的脫鹽。
[0058]本發(fā)明的利用壓電聚合物的反滲透膜在使用一段時(shí)間后需要再生，其再生方法可以采用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0059]下面通過具體的實(shí)施例來闡述本發(fā)明的方法的實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這不應(yīng)被理解為對本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限制。
[0060]實(shí)施例1注塑極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0061]如圖3所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11、聚合物層12和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯，其的壓電常數(shù)是40pC/N。
[0062]以重量百分比計(jì)，將13.5wt%的UDEL PS3500聚砜，0.25wt%的水和13.5wt%的
0.15wt%的壬基酚聚氧乙酯磷酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中得到混合物，然后將該混合物涂刮在聚酯(PET)無紡布上，接著浸入水中，除去溶劑，得到第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體，聚合物層12的厚度為50 μ m，截留分子量(MWCOO)為10萬D。
[0063]將聚偏氟乙烯(美國蘇威電池級PVDF5130)用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理，然后用N，N- 二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚偏氟乙烯漿料。
[0064]將第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體放置在兩個(gè)金屬鋁平板之間。采用設(shè)置在平板膜機(jī)(奧凱德機(jī)械制造有限公司)兩側(cè)的壓力板向聚合物層12上注塑所述聚偏氟乙烯漿料。在灌注聚偏氟乙烯漿料的同時(shí)，在平行于聚偏氟乙烯膜方向施加應(yīng)力，在垂直于聚偏氟乙烯膜方向(兩個(gè)金屬導(dǎo)電平板之間)施加電場，在應(yīng)力0.5MPa、電場強(qiáng)度15KV/m、溫度90°C下成膜并極化處理60min，然后保持應(yīng)力0.1MPa,電場強(qiáng)度lKV/m下冷卻第一無紡布層11-聚合物層12-壓電聚合物層2的層疊體到室溫(20°C)，得到反滲透膜1#。
[0065]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是40pC/N。
[0066]實(shí)施例2刮膜極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0067]如圖3所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11、聚合物層12和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯，其的壓電常數(shù)是45pC/N。
[0068]以重量百分比計(jì)，將13.5wt%的聚亞胺，0.25wt%的水和13.5wt%的0.15wt%的壬基酚聚氧乙酯磷酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中得到混合物，然后將該混合物涂刮在聚酯(PET)無紡布上，接著浸入水中，除去溶劑，得到第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體，聚合物層12的厚度為50 u m,截留分子量(MWCOO)為10萬D。
[0069]將聚偏氟乙烯(美國蘇威電池級PVDF 5130)用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理，然后用N，N- 二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚偏氟乙烯漿料。
[0070]在第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體的第一無紡布層11側(cè)設(shè)置用作電極的金屬鋁平板，刮刀用作另一個(gè)電極。在聚合物層12上用刮刀刮涂聚偏氟乙烯漿料，使得聚偏氟乙烯受到沿接觸點(diǎn)方向相切的極化力，同時(shí)在金屬導(dǎo)電平板與刮刀之間施加電場強(qiáng)度為10KV/m的電場，在刮刀刮速5mm/min、電場強(qiáng)度10KV/m、溫度90°C下成膜并極化處理60min,得到反滲透膜2#。
[0071]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是45pC/N。
[0072]實(shí)施例3注塑極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0073]如圖3所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11、聚合物層12和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚三氟乙烯，其的壓電常數(shù)是30pC/N。
[0074]以重量百分比計(jì)，將13.5wt%的UDEL PS3500聚砜，0.25wt%的水和13.5wt%的
0.15wt%的壬基酚聚氧乙酯磷酸酯加入到N，N- 二甲基甲酰胺中得到混合物，然后將該混合物涂刮在聚酯(PET)無紡布上，接著浸入水中，除去溶劑，得到第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體，聚合物層12的厚度為50 iim，截留分子量(MWCOO)為10萬D。
[0075]將聚三氟乙烯用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理,然后用N，N- 二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚三氟乙烯漿料。
[0076]將第一無紡布層11-聚合物層12的層疊體放置在兩個(gè)金屬鋁平板之間。采用平板膜涂膜機(jī)的兩側(cè)壓力板向聚合物層12上噴涂所述聚三氟乙烯漿料。在噴涂聚三氟乙烯漿料的同時(shí)，在平行于聚三氟乙烯膜方向施加應(yīng)力，在垂直于聚三氟乙烯膜方向(兩個(gè)金屬導(dǎo)電平板之間)施加電場，在應(yīng)力2Mpa、電場強(qiáng)度10MV/m、溫度60°C下成膜并極化處理50min,然后保持應(yīng)力0.1Mpa,電場強(qiáng)度lkV/m下冷卻第一無紡布層11_聚合物層12-壓電聚合物層2的層疊體到室溫(20°C)，得到反滲透膜3#。
[0077]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是30pC/N。
[0078]實(shí)施例4刮膜極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0079]如圖4所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的支撐層I和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯，其的壓電常數(shù)是50pC/N。支撐層I包括第一無紡布層(圖未示)和聚合物層(圖未示)。
[0080]以重量百分比計(jì)，將13.5wt%的聚亞胺，0.25wt%的水和13.5wt%的0.15wt%的壬基酚聚氧乙酯磷酸酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中得到混合物，然后將該混合物涂刮在聚酯(PET)無紡布上，接著浸入水中，除去溶劑，得到第一無紡布層-聚合物層的層疊體，聚合物層的厚度為50 iim，截留分子量(MWCOO)為10萬D。
[0081]將聚偏氟乙烯(美國蘇威電池級PVDF 5130)用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理，然后用N，N- 二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚偏氟乙烯漿料。
[0082]在第一無紡布層-聚合物層的層疊體的第一無紡布層側(cè)設(shè)置用作電極的金屬鋁平板，刮刀用作另一個(gè)電極。在聚合物層12上用刮刀刮涂聚偏氟乙烯漿料，使得聚偏氟乙烯受到沿接觸點(diǎn)方向相切的極化力，同時(shí)在金屬導(dǎo)電平板與刮刀之間施加電場強(qiáng)度為12KV/m的電場,在刮刀刮速20mm/min、電場強(qiáng)度12KV/m下成膜并極化處理60min。在壓電聚合物層2上設(shè)置第二無紡布層3，得到反滲透膜4#。
[0083]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是50pC/N。
[0084]實(shí)施例5注塑極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0085]如圖2所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚三氟乙烯，其的壓電常數(shù)是10pC/N。
[0086]將聚三氟乙烯用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理,然后用N, N- 二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚偏氟乙烯漿料。
[0087]將第一無紡布層11放置在兩個(gè)金屬鋁平板之間。采用平板膜涂膜機(jī)的兩側(cè)壓力板向第一無紡布層11上噴涂所述聚三氟乙烯漿料。在噴涂聚三氟乙烯漿料的同時(shí)，在平行于聚三氟乙烯膜方向施加應(yīng)力，在垂直于聚三氟乙烯膜方向(兩個(gè)金屬導(dǎo)電平板之間)施加電場，在應(yīng)力0.1Mpa,電場強(qiáng)度3MV/m、溫度95°C下成膜并極化處理70min，然后保持應(yīng)力
0.1Mpa，電場強(qiáng)度lkV/m下冷卻第一無紡布層11-壓電聚合物層的層疊體到室溫(20°C)，得到反滲透膜5#。
[0088]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是10pC/N。
[0089]實(shí)施例6刮膜極化法制備利用壓電聚合物的反滲透膜
[0090]如圖1所示，本實(shí)施例反滲透膜包括依次設(shè)置的第一無紡布層11和極化處理的壓電聚合物層2，其中壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯，其的壓電常數(shù)是60pC/N。
[0091]將聚偏氟乙烯(美國蘇威電池級PVDF5130)用濃度30wt%的氫氧化鈉溶液浸泡60min進(jìn)行親水處理，然后用N，N-二甲基甲酰胺溶解，超聲處理30分鐘，得到聚偏氟乙烯漿料。
[0092]在第一無紡布層11 一側(cè)設(shè)置用作電極的金屬鋁平板，刮刀用作另一個(gè)電極。在第一無紡布層11上用刮刀刮涂聚偏氟乙烯漿料，使得聚偏氟乙烯受到沿接觸點(diǎn)方向相切的極化力，同時(shí)在金屬導(dǎo)電平板與刮刀之間施加電場強(qiáng)度為15KV/m的電場,在刮刀刮速10mm/min、電場強(qiáng)度15KV/m下成膜并極化處理70min,得到反滲透膜6#。
[0093]在反滲透膜兩側(cè)設(shè)置Al金屬電極，采用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司制造的YE2730A壓電陶瓷常數(shù)(d33)測量儀測得該極化PVDF薄膜的壓電常數(shù)是60pC/N。
[0094]采用含有2000ppm氯化鈉的水溶液評價(jià)1-6#反滲透膜的性能，操作溫度25°C。在
保持獲得相同的所得脫鹽率和水通量如下表所示:
[0095]
【權(quán)利要求】
1.一種利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，該反滲透膜包括:層疊設(shè)置的支撐層和極化處理的壓電聚合物層，其中壓電聚合物層材料的壓電常數(shù)是10-60PC/N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，所述壓電聚合物層材料的壓電常數(shù)是30-55PC/N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，所述壓電聚合物層所用材料是極化處理的聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯、尼龍-11、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚醋酸乙酯、聚(亞乙烯基氰/醋酸乙烯)、聚苯基氰基醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，所述支撐層是第一無紡布層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，所述支撐層包括層疊設(shè)置的第一無紡布層和聚合物層，其中聚合物層位于極化處理的壓電聚合物層和第一無紡布層之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，所述聚合物層所用材料是聚砜、聚亞胺或聚偏氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的利用壓電聚合物的反滲透膜，其特征在于，該反滲透膜進(jìn)一步包括第二無紡布層，其層疊設(shè)置在極化處理的壓電聚合物層上。
8.—種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述反滲透膜的制備方法，該方法包括: (1)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料； (2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體:將所述漿料涂覆在支撐層上，涂覆所述漿料時(shí)施加應(yīng)力和電場進(jìn)行極化處理，在極化溫度為60-95°C下極化處理50-70min得到支撐層-壓電聚合物層的層疊體；其中，應(yīng)力方向?yàn)槠叫杏趬弘娋酆衔飳臃较?，?yīng)力大小為0.l-2Mpa ;電場方向?yàn)榇怪庇趬弘娋酆衔飳臃较?，電場?qiáng)度為3-25Kv/m ； (3)冷卻:保持應(yīng)力0.05-0.2Mpa和電場強(qiáng)度0.5-1.5kV/m條件下冷卻所得層疊體到室溫，得到反滲透膜。
9.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述反滲透膜的制備方法，該方法包括: (1)漿料制備:將壓電聚合物層用聚合物制成漿料； (2)極化處理并制成支撐層-壓電聚合物層的層疊體:將所述漿料采用刮刀按照刮速為5-20mm/min涂覆在支撐層上，涂覆所述漿料時(shí)施加電場強(qiáng)度為5-15Kv/m電場進(jìn)行極化處理50-70min,得到反滲透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求11所述的反滲透膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，采用刮刀在支撐層上涂覆所述漿料，使得壓電聚合物層極化力始終沿接觸點(diǎn)方向相切。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的反滲透膜的制備方法，其特征在于，所述壓電聚合物層所用材料是聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯時(shí)，步驟(1)中，用N，N-二甲基甲酰胺溶解聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯得到漿料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的反滲透膜的制備方法，其特征在于，在進(jìn)行步驟(1)前，將聚偏氟乙烯或聚三氟乙烯用堿性溶液浸泡進(jìn)行親水處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12任一項(xiàng)所述的反滲透膜的制備方法，其特征在于，所述支撐層是第一無紡布層；或者所述支撐層包括層疊設(shè)置的第一無紡布層和聚合物層。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13任一項(xiàng)所述的反滲透膜的制備方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括在極化處 理的壓電聚合物層上層疊設(shè)置第二無紡布層。
【文檔編號】B01D71/34GK103706260SQ201210369887
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】李澤堂, 郭竟 申請人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司