專利名稱：具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子復合功能材料，具體涉及一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前膜分離技術(shù)目前廣泛應用于海水淡化、純水和超純水的生產(chǎn)，以及食品，醫(yī)藥，石油，化工，環(huán)保和生物工程等領(lǐng)域。膜分離技術(shù)的優(yōu)點在于其不會造成二次污染，設備緊湊，占地面積小和易于自動控制。膜分離材料具有良好的抗熱，抗酸堿性和抗腐蝕性。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，在高分子膜材料中引入納米無機粒子以提高聚合物膜的綜合性能引起了許多研究者的關(guān)注，原因在于所制備的高分子聚合物-無機復合膜不但有望集中有機膜和無機膜的各自優(yōu)點，彌補它們的缺陷，可以通過多種手段來控制雜化膜的性能，而且可·以發(fā)展單一膜材料原先沒有的綜合性能，滿足特定需要。本發(fā)明的意義在于復合超濾膜材料集合了有機膜材料和無機鐵電粉體的優(yōu)點，具有的特定的孔結(jié)構(gòu)，對于極性蛋白等物質(zhì)的截留效果好，效率高，制備工藝簡單，成膜溫度低，成本較低，易于工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制備純水通量大，截留率高，抗污性能高的超濾膜材料，使之成為對污水處理、生物醫(yī)藥、石油、化工等領(lǐng)域的應用具有重要意義的環(huán)保材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜的制備方法，包括以下步驟(I)將干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)按100:2飛的質(zhì)量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，60-70°C下靜置30-40min至PVDF完全溶解；(2)將步驟(I)所得混合物在60_70°C下恒溫攪拌48_50h形成均勻穩(wěn)定的鑄膜液，相同溫度條件下靜置脫泡10_12h ；(3)將鈦酸鋇粉體分散于鑄膜液中，60_70°C恒溫下攪拌45_48h ;聚偏氟乙烯(PVDF)與鈦酸鋇的質(zhì)量比為100:0. 5 5 ；(4)室溫下用刮刀將上述鑄膜液在單晶硅片上刮膜，刮好的膜放入體積濃度為40%至60%的乙醇溶液凝膠浴中成膜；(5)將所得膜依次放入去離子水、異丙醇和環(huán)己烷中浸泡10_12h，取出后自然晾干，即得具有指狀孔結(jié)構(gòu)的復合超濾膜。所述鈦酸鋇粉體的制備方法如下(I)將乙酸鋇溶于醋酸中得A溶液；將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，滴加冰醋酸，劇烈攪拌得B溶液；
(2)在劇烈攪拌下，逐滴將A溶液滴加到B溶液中，溶液滴加完畢后，用乙酸調(diào)節(jié)pH值至4-5 ；(3) 60-70°C條件下水浴回流1-1. 5h形成凝膠，并于80_90°C下干燥研碎成干凝膠粉體，鈦酸鋇凝膠粉體在800-900°C下煅燒2-3h，再于乙醇介質(zhì)球磨2-3h后，得到鈦酸鋇粉體。本發(fā)明通過選擇不同的鈦酸鋇摻雜含量，與聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮復合制備成液膜，得到了具有優(yōu)異截留性能的復合超濾膜；所得到的復合超濾膜的最高純水通量可達180L/m2 · h \對牛血清蛋白的最聞截留率可達91%,適用于對污水的處理以及食品的檢驗分離；本發(fā)明所得復合超濾膜材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整鈦酸鋇的不同摻雜比達到從海綿狀結(jié)構(gòu)到指狀孔結(jié)構(gòu)的控制；另外，通過摻雜不同含量的鈦酸鋇粉體，復合超濾膜材料的表面粗糙度得到了明顯的降低，有效地提高了復合膜材料的抗污性能。
具體實施方式

實施例I復合超濾膜的配方為PVDF:PVP:BaTiO3按質(zhì)量比100:3:1配比。鈦酸鋇粉體制備稱取乙酸鋇溶于質(zhì)量分數(shù)36%醋酸中，室溫下不斷攪拌形成透明溶液A，稱取鈦酸四丁酯溶液于室溫下溶于無水乙醇中，滴加冰醋酸后劇烈攪拌15min后形成B溶液； 在劇烈攪拌下，逐滴將A溶液滴加到B溶液中，滴加過程為30min。溶液滴加完畢后，加入適量離子水并用乙酸調(diào)節(jié)PH值至5 ；60°C條件下水浴回流Ih形成凝膠，并于80°C下干燥研碎成干凝膠粉體，鈦酸鋇凝膠粉體在800°C下煅燒2h，再于乙醇介質(zhì)球磨2h后，得到鈦酸鋇粉體。復合超濾膜的制備(I)將PVDF和鈦酸鋇在烘箱60°C下干燥12h，按上述配比稱取PVDF和PVP溶于N-甲基吡咯烷酮中，置于60°C烘箱中靜置30min至PVDF完全溶解；(2)然后在60°C下恒溫攪拌48h形成均勻穩(wěn)定的鑄膜液；將鑄膜液在60°C恒溫條件下靜置脫泡12h ；(3)將鈦酸鋇粉體分散于鑄膜液中，60°C恒溫下攪拌48h ；(4)室溫下用刮刀將鑄膜液在單晶硅片上刮膜，刮好的膜放入乙醇溶液凝膠浴中成膜。(5)最后將膜依次放入去離子水、異丙醇和環(huán)己烷中浸泡12h，取出后自然晾干。所得復合超濾膜具有優(yōu)異截留性能的水通量較大，可達180L/m2 · h—1，截留率較高，對牛血清蛋白的截留率較高，可達88%.實施例2復合超濾膜的配方為PVDF:PVP:BaTiO3按質(zhì)量比100:3:3配比。鈦酸鋇粉體制備同實施例I。復合超濾膜的制備也基本同實例1，不同之處在于步驟(I)中溶解溫度設置為65°C，溶解時間設置為40min ;步驟(2)中脫泡溫度設置為65°C，脫泡時間設置為IOh ;步驟
(3)中溫度設置為65°C。
所得復合超濾膜水通量達170L/m2 · h—1，對牛血清蛋白的截留率較高，可達91%。實施例3復合超濾膜的配方為PVDF:PVP:BaTiO3按質(zhì)量比100:2:5配比。鈦酸鋇粉體制備同實施例I。復合超濾膜的制備也基本同實例1，不同之處在于步驟(I)中溶解溫度設置為700C，溶解時間設置為40min ;步驟(2)中恒溫攪拌溫度為70°C，脫泡溫度設置為70°C，脫泡時間設置為IOh ;步驟(3)中溫度設置為70°C。所得復合超濾膜水通量達175L/m2 · h—1，對卵清白蛋白的截留率較高，可達80%。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例所公開的 內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (O將干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)按100:2 5的質(zhì)量比溶于N-甲基吡咯烷酮中，60-70°C下靜置30-40min至PVDF完全溶解； (2)將步驟(I)所得混合物在60-70°C下恒溫攪拌48-50h形成均勻穩(wěn)定的鑄膜液，相同溫度條件下靜置脫泡10_12h ； (3)將鈦酸鋇粉體分散于鑄膜液中，60-70°C恒溫下攪拌45-48h;聚偏氟乙烯(PVDF)與鈦酸鋇的質(zhì)量比為100:0. 5 5 ； (4)室溫下用刮刀將上述鑄膜液在單晶硅片上刮膜，刮好的膜放入體積濃度為40%至60%的乙醇溶液凝膠浴中成膜； (5)將所得膜依次放入去離子水、異丙醇和環(huán)己烷中浸泡10-12h，取出后自然晾干，SP得具有指狀孔結(jié)構(gòu)的復合超濾膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜的制備方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的型號為K-30，其分子量為45000-58000。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜的制備方法，其特征在于，所述鈦酸鋇粉體的制備方法如下 (1)將乙酸鋇溶于醋酸中得A溶液；將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，滴加冰醋酸，劇烈攪拌得B溶液； (2)在劇烈攪拌下，逐滴將A溶液滴加到B溶液中，溶液滴加完畢后，用乙酸調(diào)節(jié)pH值至 4-5 ； (3)60-70°C條件下水浴回流1-1. 5h形成凝膠，并于80-90°C下干燥研碎成干凝膠粉體，鈦酸鋇凝膠粉體在800-900°C下煅燒2-3h，再于乙醇介質(zhì)球磨2-3h后，得到鈦酸鋇粉體。
4.一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜，其特征在于，由權(quán)利要求1-3任意一項所述方法制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯/鈦酸鋇/聚乙烯吡咯烷酮三元復合超濾膜及其制備方法，本發(fā)明通過選擇不同的鈦酸鋇摻雜含量，與聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮復合制備成液膜，得到了具有優(yōu)異截留性能的復合超濾膜；所得到的復合超濾膜的最高純水通量可達180L/m2·h-1，對牛血清蛋白的最高截留率可達91%，適用于對污水的處理以及食品的檢驗分離；本發(fā)明所得復合超濾膜材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整鈦酸鋇的不同摻雜比達到從海綿狀結(jié)構(gòu)到指狀孔結(jié)構(gòu)的控制；另外，通過摻雜不同含量的鈦酸鋇粉體，復合超濾膜材料的表面粗糙度得到了明顯的降低，有效地提高了復合膜材料的抗污性能。
文檔編號B01D69/12GK102941024SQ20121048829
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者孫大志, 陳嶺娣, 張東華, 潘麗靜, 金國璽, 吳曉波 申請人:上海師范大學