一种硅烷偶联剂修饰的亲水性pes/go复合膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分离膜改性技术领域，具体涉及一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚醚砜PES作为一种热塑性高分子材料，它具有较好的耐热性能、耐水解性，物理机械性能、绝缘性能、耐化学药品性优异，同时聚醚砜的生物相容性能也较好，PES以其优异的综合性能成为分离膜材料中非常重要的一种，常被用来制造纳滤、超滤、微滤、气体分离、血液透析膜等。但PES是一种弱极性材料，本身具有较强的疏水性，在用于水介质处理时存在两个关键的问题:一是膜的疏水性使的透膜压高，动力能耗大；另外就是膜的疏水特性容易引起有机物和胶体(如蛋白质)在膜表面和膜孔内吸附，形成膜污染，导致膜的通量随操作时间显著下降。因此，PES膜的疏水性使得其在水处理方面的应用受到一定的限制。氧化石墨烯G0，表面具有较多的羟基、羧基以及环氧官能团，同时，氧化石墨烯本身还具有较好的化学稳定性、亲水性、抗污染性能、生物相容性以及机械性能，与聚醚砜混合制膜可以使复合膜具有更好的性能。
[0003]硅烷偶联剂KH570，名为γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，是一类在分子中同时含有两种不同化学性质的基团的有机硅化合物，其分子结构中的可水解基团与PES/GO复合膜中的GO反应，从而达到对PES/G0的改性，获得较好的亲水性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜及其制备方法，硅烷偶联剂ΚΗ570改性后的PES/G0复合膜，亲水性能和抗污染性能得到很大提高，可用于海水处理、苦咸水淡化、水过滤净化等，提高水的质量，并有效解决PES膜易被疏水性物质污染的问题，进一步扩大了 PES膜的应用前景。此外，本制备方法操作工艺简单，容易实现。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜，主要原料为聚醚砜PES、氧化石墨烯GO和硅烷偶联剂ΚΗ570。
[0006]制备方法的具体步骤如下:
Cl)将氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h;加入聚醚砜PES和成孔剂PVP，40~60°C下搅拌12~24h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入60~70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到PES/G0复合膜；
(2 )将PES/G0复合膜置于硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌后，水洗干燥处理得到硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜。
[0007]步骤(I)中各原料配比如下:聚醚砜PES 15-19.9 wt.%、氧化石墨稀0.1~5 wt.%、成孔剂1.5 wt.%、二甲基甲酰胺78.5 wt.%。
[0008]步骤(2)中硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中硅烷偶联剂KH570的浓度为5-10wt.%。
[0009]步骤(2)中磁力搅拌时间为4_12h。
[0010]所述的硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜用于海水处理、苦咸水淡化和水过滤净化。
[0011]PES/G0复合膜的疏水性能，不益于其在水相分离体系中的应用，一方面其疏水性能使得需要很高的压力才能使水通过PES/G0复合膜，纯水通量低；同时有机污染物容易吸附到PES/G0复合膜的表面及孔内，形成膜污染，造成膜孔的堵塞，进而导致膜通量的下降和使用寿命的缩短。KH570改性后，PES/G0复合膜的亲水性得到很大程度的改善，从而使得其在水处理和过滤等方面有更好的应用性能，同时有效降低了蛋白质在膜表面的富集和吸附，抗污染性能增强。
[0012]本发明的显著优点在于:与现有技术相比，本发明制得的亲水性的硅烷偶联剂改性的聚醚砜/氧化石墨烯复合膜，以聚醚砜/氧化石墨烯复合膜为膜基底，一方面保持了聚醚砜和氧化石墨烯的优点，如力学性能好、耐腐蚀等优点，氧化石墨烯的加入，由于氧化石墨烯其较多的官能团以及优良的分散性，能与聚砜高分子链良好接触，大大改善了聚醚砜膜的渗透性，同时提高了膜的机械强度；另一方面，KH570通过对聚醚砜/氧化石墨复合膜表面处理，与氧化石墨烯表面的官能团发生化学反应，通过化学键固定在复合膜表面，提高了复合膜的亲水性和抗污染性能；且由于通过化学键固定在表面，使得KH570不易从复合膜表面脱落，且重复利用性能较强。
【附图说明】
[0013]图1是不同组分的PES/G0复合膜接触角的测定。
[0014]图2是KH570表面改性PES/G0复合膜的接触角，处理时间为4h。
[0015]图3是KH570不同处理时间的PES/G0复合膜接触角，处理时间分别为4h和12h。
[0016]图4是KH570处理前后PES/G0复合膜纯水通量。
[0017]图5是KH570处理前后PES/G0复合膜红外谱图。A:PES/G0复合膜，B:PES/G0-KH570 膜。
【具体实施方式】
[0018]一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜的制备方法如下:
(I)将一定量氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入聚醚砜PES和成孔剂PVP，40~60°C下搅拌12~24h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入60~70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0019](2)剪取一定尺寸形状的PES/G0复合膜，置于一定浓度的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌一定时间后，水洗干燥处理。
[0020]实施例1 (I)将0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔剂PVP，50°C下搅拌20h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0021](2)剪取3cmX3cm的PES/G0复合膜，置于浓度为10%的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌4h后，水洗干燥处理。
[0022]实施例2
(I)将0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔剂PVP，50°C下搅拌20h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0023](2)剪取3cmX3cm的PES/G0复合膜，置于浓度为10%的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌6h后，水洗干燥处理。
[0024]实施例3
(I)将0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔剂PVP，50°C下搅拌20h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0025](2)剪取3cmX3cm的PES/G0复合膜，置于浓度为10%的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌8h后，水洗干燥处理。
[0026]实施例4
(I)将0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔剂PVP，50°C下搅拌20h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0027](2)剪取3cmX3cm的PES/G0复合膜，置于浓度为10%的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌1h后，水洗干燥处理。
[0028]实施例5
(I)将0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔剂PVP，50°C下搅拌20h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO复合膜。
[0029](2)剪取3cmX3cm的PES/G0复合膜，置于浓度为10%的KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌12h后，水洗干燥处理。
[0030]对比图1、图2可以看出，KH570表面改性PES/G0复合膜之后，PES/G0复合膜的初始接触角从80°左右最低降到45°，即KH570表面改性之后，PES/G0复合膜的亲水性能得到很大程度的改善。同时，对比图2、图3可知，KH570对PES/G0复合膜的改性在较短时间可以实现亲水性能的改善。从图5红外谱图可以看出，通过与PES/G0复合膜对比，KH570改性后，在954CHT1波长处出现一个新的吸收峰，属于S1-O-C的振动峰，这说明KH570与PES/GO复合膜中的GO发生化学反应，通过化学键的形式将KH570固定在膜表面，不易冲洗剥离，从而达到对PES/G0复合膜的改性。
[0031]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/GO复合膜，其特征在于:主要原料为聚醚砜PES、氧化石墨烯GO和硅烷偶联剂KH570。
2.一种制备如权利要求1所述的硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜的方法，其特征在于:具体步骤如下: Cl)将氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超声处理2h;加入聚醚砜PES和成孔剂PVP，40~60°C下搅拌12~24h，得到均一的铸膜液；经冷却、脱泡、刮膜后，放入60~70°C的去离子水凝固浴中，去除溶剂后用去离子水清洗，自然晾干，得到PES/G0复合膜； (2 )将PES/G0复合膜置于硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌后，水洗干燥处理得到硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(I)中各原料配比如下:聚醚砜15-19.9wt.%、氧化石墨稀 0.1~5 wt.%、成孔剂 1.5 wt.%、二甲基甲酰胺 78.5 wt.%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)中硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中硅烷偶联剂KH570的浓度为5-lOwt.%。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)中磁力搅拌时间为4-12h。
6.一种如权利要求1所述的硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜的应用，其特征在于:所述的硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/G0复合膜用于海水处理、苦咸水淡化和水过滤净化。
【专利摘要】本发明公开了一种硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/GO复合膜及其制备方法，PES/GO复合膜由以下重量百分数的原料采用浸没沉淀相转化法制得：聚醚砜15-19.9wt.%、氧化石墨烯0.1~5wt.%、成孔剂1.5wt.%、二甲基甲酰胺78.5wt.%。将PES/GO复合膜置于硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中，磁力搅拌后，水洗干燥处理得到硅烷偶联剂修饰的亲水性PES/GO复合膜。硅烷偶联剂KH570改性后的PES/GO复合膜，亲水性能和抗污染性能得到很大提高，可用于海水处理、苦咸水淡化、水过滤净化等，提高水的质量，并有效解决PES膜易被疏水性物质污染的问题，进一步扩大了PES膜的应用前景。此外，本制备方法操作工艺简单，容易实现。
【IPC分类】B01D67-00, B01D69-12, C02F1-44, B01D71-68, B01D69-02
【公开号】CN104841294
【申请号】CN201510264047
【发明人】李建华, 王双双, 张德彬, 闫邦锋, 张其清
【申请人】福州大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月22日