一种有机-无机超滤复合膜及制备方法
【专利摘要】一种有机-无机超滤复合膜及其制备方法。复合膜由以重量份计的下列组分组成：15～20份聚合物树脂、占聚合物树脂0.02～2.0%的硅烷功能化氧化石墨烯、75～90份N-N二甲基乙酰胺和1～3份聚乙烯吡咯烷酮。本发明的优点是：制膜工艺简单，容易实现；经超声加机械搅拌使得硅烷功能化氧化石墨烯很好地分散到聚合物基体中；并且由于硅烷功能化氧化石墨烯与聚合物基体间超强的结合性能、超高的比表面以及表面较多的长聚合物链，使其能很好地分散在聚合物基体中，另外，硅烷功能化氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团又能很好地增强超滤复合膜的亲水性，进而协同改善超滤复合膜的机械性能及抗污染性能。
【专利说明】一种有机-无机超滤复合膜及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超滤膜功能化改性【技术领域】，特别是涉及一种硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]有机聚合物作为一种综合性能优异的超滤膜材料，具有良好的化学稳定性、热稳定性和多孔性，但是由于其表面能低，并且具有极强烈的疏水性，因此易导致表面污染，从而严重地影响了产品的性能。近年来，针对聚合物超滤膜易污染问题，对其亲水性共混改性的研究逐渐活跃，已报道的改性材料主要有Si02、Fe203> A1203、TiO2和低维碳纳米材料如氧化碳纳米管和石墨烯衍生物等无机材料。虽然利用这些材料对聚合物超滤膜改性后可使膜的渗透通量提高，功能性能得到较大改善，然而，这些方法也存在一些缺点，主要表现在:
(I)改性材料与聚合物基体间的弱界面结合增加了界面缺陷，致使改性后的超滤复合膜机械强度有所下降；(2)由于无机粒子表面缺少丰富的官能团，因此粒子之间容易发生团聚，从而影响超滤复合膜的性能。因此，寻求一种既能增加超滤复合膜的机械性能又能强化其抗污染性能的方法十分必要。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高其机械性能和抗污染性能的硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜及其制备方法。
[0004]为了达到上述目的，本发 明提供的有机-无机超滤复合膜由以重量份计的下列组分组成:
[0005]
聚合物树脂15~20
[0006]
硅烷功能化氧化石墨烯占聚合物树脂0.02~2.0%
N-N 二甲基乙酰胺75~90
聚乙烯吡咯烷酮I~3
[0007]所述的聚合物树脂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜和聚氨酯中的一种。
[0008]2、根据权利要求1所述的有机-无机超滤复合膜，其特征在于:所述的硅烷功能化氧化石墨烯中的硅烷为Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。
[0009]3、一种如权利要求1所述的有机-无机超滤复合膜的制备方法，其特征在于:所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0010]I)将按照上述重量比称取的硅烷功能化氧化石墨烯加入到N-N 二甲基乙酰胺中，然后超声处理0.5~2小时以使其分散均匀；
[0011]2)然后加入按照上述重量比称取的聚合物树脂和聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌5?24小时而得到硅烷功能化氧化石墨烯分散均匀的铸膜液；
[0012]3)将上述铸膜液在20?30°C下静止放置I?3天以进行脱泡，然后在15?30°C下进行刮膜，待刮膜后的铸膜液在空气中挥发10?100秒后将其慢慢放入去离子水凝固液中成膜；
[0013]4)从凝固液中取出膜用去离子水冲洗干净，制得硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
[0014]本发明提供的有机-无机超滤复合膜是米用Y _氨丙基二乙氧基娃烧(KH550)功能化的氧化石墨烯来增强聚合物超滤膜的机械性能和抗污染性能，一方面通过氧化石墨烯中丰富的含氧官能团来增强超滤复合膜的亲水性，进而增强其抗污染性能，另一方面在充分保留氧化石墨烯官能团的同时引入长聚合物链，使聚合物链充分深入到聚合物基体中，因此能够很好地增强功能化氧化石墨烯与聚合物基体间的界面结合性，并极大地提高了功能化氧化石墨烯在聚合物基体中的分散性，从而实现超滤复合膜的机械性能和抗污染性能协同增强。
[0015]本发明的优点是:制膜工艺简单，容易实现；经超声加机械搅拌使得硅烷功能化氧化石墨烯很好地分散到聚合物基体中；并且由于硅烷功能化氧化石墨烯与聚合物基体间超强的结合性能、超高的比表面以及表面较多的长聚合物链，使其能很好地分散在聚合物基体中，另外，硅烷功能化氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团又能很好地增强超滤复合膜的亲水性，进而显著改善超滤复合膜的机械性能及抗污染性能。此外，硅烷功能化氧化石墨烯的加入对聚合物树脂原来的优良特性没有影响，还增加了膜的空间联系，延长了膜的使用寿命。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]将0.075g Y-氨丙基三乙氧基硅烷功能化氧化石墨烯超声分散于84g作为溶剂的N-N 二甲基乙酰胺中，2h后加入15g聚偏氟乙烯和Ig作为致孔剂的聚乙烯吡咯烷酮，之后在450°C的水浴中加热搅拌24h，静置脱泡24h，采用自制刮刀控制一定的液膜厚度在洁净的玻璃板上刮膜，预蒸发30秒后，浸入去离子水中凝固，并反复换水以脱出溶剂和致孔剂，最后即可制成所述的硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
[0018]将上述有机-无机超滤复合膜在去离子水中浸泡3天，然后利用机械拉伸装置和渗透过滤装置测试该超滤复合膜的机械强度与抗污染性能，结果表明本实施例提供的超滤复合膜的机械强度比纯聚偏氟乙烯膜提高了 42.86%，并且抗污染性能明显提高，不可逆污染系数下降约60%。
[0019]实施例2
[0020]将0.15g Y -氨丙基三乙氧基硅烷功能化氧化石墨烯超声分散于83g N-N 二甲基乙酰胺中，Ih后加入15g聚丙烯腈和Ig聚乙烯吡咯烷酮，之后在50°C的水浴中加热搅拌30h，静置脱泡24h，采用自制刮刀控制一定的液膜厚度在洁净的玻璃板上刮膜，预蒸发30秒后，浸入去离子水中凝固，并反复换水以脱出溶剂和致孔剂，最后即可制成所述的硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
[0021]将上述有机-无机超滤复合膜在去离子水中浸泡4天，然后利用机械拉伸装置和渗透过滤装置测试该超滤复合膜的机械强度与抗污染性能，结果表明本实施例提供的超滤复合膜的机械强度比纯聚丙烯腈膜提高了 50%，并且抗污染性能明显提高，不可逆污染系数下降约40%。
[0022]实施例3
[0023]将0.1g Y-氨丙基三乙氧基硅烷功能化氧化石墨烯超声分散于77g N-N 二甲基乙酰胺中，2h后加入20g聚砜和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后在40°C的水浴中加热搅拌20h，静置脱泡30h，采用自制刮刀控制一定的液膜厚度在洁净的玻璃板上刮膜，预蒸发30秒后，浸入去离子水中凝固，并反复换水以脱出溶剂和致孔剂，最后即可制成所述的硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
[0024]将上述有机-无机超滤复合膜在去离子水中浸泡4天，然后利用机械拉伸装置和渗透过滤装置测试该超滤复合膜的机械强度与抗污染性能，结果表明本实施例提供的超滤复合膜的机械强度比纯聚砜膜提高了 35.68%，并且抗污染性能明显提高，不可逆污染系数下降约60%。
[0025]实施例4
[0026]将0.2g Y-氨丙基三乙氧基硅烷功能化氧化石墨烯超声分散于79g N-N 二甲基乙酰胺中，2h后加入20g聚氨酯和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后在45°C的水浴中加热搅拌30h，静置脱泡24h，采用自制刮刀控制一定的液膜厚度在洁净的玻璃板上刮膜，预蒸发30秒后，浸入去离子水中凝固，并反复换水以脱出溶剂和致孔剂，最后即可制成所述的硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
[0027]将上述有机-无机超滤复合膜在去离子水中浸泡3天，然后利用机械拉伸装置和渗透过滤装置测试该超滤复合膜的机械强度与抗污染性能，结果表明本实施例提供的超滤复合膜的机械强度比纯聚氨酯膜提高了 65.71%，并且抗污染性能明显提高，不可逆污染系数下降约30%。
【权利要求】
1.一种有机-无机超滤复合膜，其特征在于:所述的有机-无机超滤复合膜由以重量份计的下列组分组成: 聚合物树脂15~20硅烷功能化氧化石墨烯占聚合物树脂0.02~2.0%
N-N 二甲基乙酰胺75~90 聚乙烯吡咯烷酮I~3 所述的聚合物树脂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜和聚氨酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的有机-无机超滤复合膜，其特征在于:所述的硅烷功能化氧化石墨烯中的硅烷为Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。
3.—种如权利要求1所述的有机-无机超滤复合膜的制备方法，其特征在于:所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤: 1)将按照上述重量比称取的硅烷功能化氧化石墨烯加入到N-N二甲基乙酰胺中，然后超声处理0.5~2小时以使其分散均匀； 2)然后加入按照上述重量比称取的聚合物树脂和聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌5~24小时而得到硅烷功能化氧化石墨烯分散均匀的铸膜液； 3)将上述铸膜液在20~30°C下静止放置I~3天以进行脱泡，然后在15~30°C下进行刮膜，待刮膜后的铸膜液在空 气中挥发10~100秒后将其慢慢放入去离子水凝固液中成膜； 4)从凝固液中取出膜用去离子水冲洗干净，制得硅烷功能化氧化石墨烯改性的有机-无机超滤复合膜。
【文档编号】B01D67/00GK103480281SQ201310345495
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】徐志伟, 张继国, 陈磊, 吴腾飞, 周宝明, 李英琳, 李宝东, 吕汉明 申请人:天津工业大学