基于密度梯度改进的聚砜超滤膜制备方法与流程

1.本技术涉及超滤膜制备技术领域，具体涉及基于密度梯度改进的聚砜超滤膜制备方法。


背景技术：

2.超滤膜分离技术是用于物质的分离、浓缩或提纯过程，其具有分离效率高、占地面积小、操作简单、维护方便等优点，已经广泛应用于水处理、食品、医药、化工等行业。膜材料是超滤膜分离技术的核心，是实现高效分离的关键。聚砜在现在的分离膜材料占有着主导地位，由于该分子主链上含有砜基，使得这类聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐酸碱腐蚀性能、优异的机械性能以及突出的抗蠕变性能。随着膜分离技术的不断发展，聚砜超滤膜作为一种具有化学稳定性好、机械强度高、耐酸碱性能好等优点的高分子膜材料，广泛应用于饮用水净化、污水处理和生物技术等领域。由于聚砜超滤膜膜结构中具有一定数量的死端孔以及无效孔，导致水分不容易透过，从而使整个膜机构的疏水性较低，使得膜的水通量较低、亲水性能差、膜易被污染且不易清洗，从而影响其在水处理中的应用。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于：为解决上述背景技术中的问题，本技术提供了基于密度梯度改进的聚砜超滤膜制备方法。
4.本技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：基于密度梯度改进的聚砜超滤膜制备方法，包括以下步骤：底液制作：选取有机溶剂、聚砜、成孔剂以及添加剂，并将其混合均匀且溶解在水中，并对其进行搅拌，以得到底液；铸膜：将所述底液喷涂在无纺布上，保持无纺布处于平铺状态，并对无纺布进行加热，当无纺布中水分蒸发之后，将其放置至清水中，使其保湿定型，以得到原膜；成孔：将原膜从水中取出，并利用气吸设备对其一面进行吸取，以使成孔剂从原膜一侧吸出，从而得到聚砜超滤膜。
5.通过采用上述技术方案，在有机溶剂的助熔下，使添加剂与聚砜一起可以在无纺布上形成原膜，并在成孔剂的作用下，当其被吸出时，可以在原膜上形成密度呈梯度变化的透水孔，从而形成聚砜超滤膜。
6.进一步地，所述有机溶剂包括乙二醇二甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚以及三乙醇胺中的一种或多种，优先全氯乙烯。
7.通过采用上述技术方案，乙二醇二甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚以及三乙醇胺等溶剂具有化学性质稳定且不易发生反应等特点，利于聚砜以及添加剂等物质的快速溶解。
8.进一步地，所述成孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、煤粉或碳粉，优先煤粉。
9.通过采用上述技术方案，碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、煤粉或碳粉，优先煤粉等物质
具有可以快速溶解的性质，且化学性质不稳定，容易被分解，从而适合用来制造透水孔，且使孔洞形成较为质地均匀。
10.进一步地，所述添加剂的成分包括柠檬酸、延胡索酸、乳酸、乙酸、盐酸、磷酸以及复合酸化剂中的一种或多种，优先盐酸。
11.通过采用上述技术方案，柠檬酸、延胡索酸、乳酸、乙酸、盐酸、磷酸以及复合酸化剂在受热时均具有可快速溶解的性质，从而容易快速与聚砜混合，使原膜的成型速度加快。
12.进一步地，所述复合酸化剂包括l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨酸中的一种或多种与磷酸以及/或盐酸相参合而成，同时还包括二氧化硅。
13.通过采用上述技术方案，l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨酸等均具有较好的水溶性，且能够促进不饱和聚酯树脂的形成，而磷酸与盐酸均不易挥发，不易分解，且都有一定氧化性，能够与l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨酸等一起作用生成配合物，从而促进原膜的形成。
14.进一步地，所述底液制作步骤中的混合操作包括以下步骤：将所述成孔剂加入至研磨设备中研磨一定时间，以得到颗粒物，其直径不超过0.1纳米；将所述有机溶剂、聚砜、颗粒物以及添加剂加入至搅拌机中，启动搅拌机，且转速不低于3000转每分钟，保持一定搅拌时间；待搅拌完成时，离心一定时间。
15.通过采用上述技术方案，研磨使成孔剂可以变得细小，且颗粒直径大小均匀，并在搅拌作用下均匀分散到底液中，通过离心可以快速的将底液中的空气排出。
16.进一步地，所述铸膜步骤中，对底液进行喷涂时，包括以下步骤：利用固定设备将无纺布固定住，并完全延展开，保持无纺布处于水平状态；将所述底液加入至喷涂设备中，并启动喷涂设备，沿无纺布的朝下一面依次喷射，当喷涂完成一遍时，静止一定时间，并再次喷涂。
17.通过采用上述技术方案，由下朝上进行喷射使底液融合到无纺布上时，不容易受到自身重力作用而使造成渗透不均匀，且分段进行喷射使底液能够更加充分的在无纺布上进行渗入。
18.进一步地，所述成孔步骤中，利用气吸设备对所述原膜一侧进行吸取时，包括以下步骤：再次利用固定设备将原膜固定住，并利用超声设备对所述原膜进行超声；保持原膜处于水平状态，并利用吸气设备对原膜朝上一面进行吸取。
19.通过采用上述技术方案，超声可以使原膜发生一定频率的震动，从而使成孔剂被分解或形成颗粒之后，颗粒也会同频阀震动，以促进气孔的形成，通过吸取使颗粒朝向一侧进行移动，从而形成贯穿原膜的透水孔。
20.进一步地，利用超声设备对原膜进行超声时，超声时间不低于3分钟，且频率不低于30000赫兹。
21.通过采用上述技术方案，对超声的时间以及频率进行限制，从而能够充分保证颗粒在原膜内活动的程度，从而充分保证透气孔形成的形成。
22.进一步地，所述铸膜步骤中，对无纺布进行加热时，加热温度为不低于60摄氏度，
且时间不低于5分钟。
23.通过采用上述技术方案，将加热最低温度限制到60摄氏度，同时将最低加热时间限制为5分钟，使底液可以快速的凝固，从而快速形成不饱和聚酯树脂，使原膜快速形成。
24.本技术的有益效果如下：1、本技术通过在有机溶剂的配合下，使聚砜与添加剂可以快速的融合到一起，从而制成底液，并通过无纺布以及对其进行加热，从而使底液凝固在无纺布上，形成原膜，即聚砜超滤膜，再通过吸气的操作，使埋设在原膜中的成孔剂可以朝向原膜的一侧钻出，从而在原膜上留下一道贯穿原膜的膜厚的穿孔，从而形成一个密度呈梯度变化的聚砜超滤膜，该方法与现有的一些制备方法相比，可以控制制作出来的多个聚砜超滤膜的透水孔之间的密度呈均匀变化，且减少了一些死端孔以及无效孔的出现，从而增加的整个膜结构的透水性，以增加整个膜结构的亲水性，从而加强各方面的应用效果。
25.2、本技术所采用的有机溶剂中，通过将其限定为乙二醇二甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚以及三乙醇胺等物质，由于这些物质一般都具有化学性质较为稳定的特点，因此不容易被氧化，从而可以一直保持原有的成分，以此来促进聚砜以及添加剂的快速溶解，从而增加底液的制备速度。
26.3、本技术所采用的成孔剂中，通过将其限定为碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、煤粉或碳粉等物质，由于这些物质均具有可快速溶解的性质，从而可以快速的渗透到底液中，以此来促进底液的制备速度，同时，这些物质还具有化学性质比较活泼的特性，即化学性质不稳定，从而容易被快速的分解，从而利于促进透水孔的形成。
附图说明
27.图1是本技术所提供的方法的流程图。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
29.如图1所示，本技术一个实施例提出的基于密度梯度改进的聚砜超滤膜制备方法，该方法用于聚砜超滤膜的制备，使制备出来的不同的聚砜超滤膜的透水孔可以的密度可以呈梯度排布，从而能够更好的对水质进行过滤，整个制备方法包括以下步骤：底液制作：先选取有机溶剂、聚砜、成孔剂以及添加剂，添加剂促进聚砜在有机溶剂中的溶解，将以上这些材料混合均匀并溶解在水中，从而形成溶液，聚砜会融合到有机溶剂当中，并与添加剂一起粘合，形成一个半凝固的致密层，之后对并对所混合的所有物质进行充分搅拌，使各个成分之间能够完全融合均匀，从而得到底液；铸膜：将所述底液喷涂在无纺布上，喷涂时需保证喷涂均匀，使粘合在无纺布上的每一处的底液的厚度都一致，之后保持无纺布处于平铺状态，平铺状态是为了保证后续成膜时，膜结构面部的光滑度以及平整度，之后再对无纺布进行加热，底液在受热之后，内部的水分会蒸发，同时留下的成分会发生一定程度的凝固，从而形成一个柔软且不透水的致密层，即初级的聚砜膜结构，无纺布则相当于整个膜基质，充当一个物理载体，使整个膜结构具有一定的牢固效果，防止膜结构破裂或出现较大程度的延展，当无纺布中水分蒸发之
后，将整个初级聚砜膜结构放置至清水中，由于物质之间以固化成型，所以水分不会发生渗入或融合，从而使结构可以在水中保湿定型，使表面富有光泽，且柔软不易褶皱，即得到完整的原膜结构；成孔：先将原膜从水中取出，可以将水分吹干，以保持一个完整的膜形，并利用气吸设备对其一面进行吸取，由于成孔剂在原膜中已经被分解掉了，并形成了气体，也有可能是固体，所以在微观视角下，原膜内部必定会有空腔，且大小均匀，通过气吸，以使成孔剂从原膜一侧吸出，即气体或固体都会被从一侧吸出，在吸出时，无论是固体或液体，都会在移动路径处留下穿孔，并贯穿到外部，即形成透水孔，从而得到形成的聚砜超滤膜；整个方法与现有的一些方法相比，由于在成孔时，采用通过气吸的方式使成孔物质在移动时会将模体贯穿，从而有效保证透水孔的通透效果，另外，在制作不同的聚砜超滤膜时，通过对底液喷涂进行控制以及对成孔剂的量进行控制，从而使制作出来的每个膜结构的孔数量的密度可以得到控制，使多个膜结构之间的孔数量的密度可以呈梯度排布，从而在使用时，能更好的对不同物质进行过滤。
30.在一些实施例中，所述有机溶剂包括乙二醇二甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚以及三乙醇胺中的一种或多种，但优先选择全氯乙烯，以上这些物质中，由于有机物质的通性，碳氢键不易断裂，从而在水中溶解时不会发生化学变化，使得性质比较稳定，不容易发生分解，从而利于聚砜与添加剂成分的快速溶解。
31.为了保证成孔的质量，在一些实施例中，所述成孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、煤粉或碳粉，优先煤粉，这些物质均具有化学活泼性，在原膜受热时，很容易出现分解，从而使成孔速度加快，且使孔的大小会比较均匀。
32.在一些实施例中，所述添加剂的成分包括柠檬酸、延胡索酸、乳酸、乙酸、盐酸、磷酸以及复合酸化剂中的一种或多种，但优先选用盐酸，以上这些物质在原膜受热时，可以快速的溶解，从而可以快速的与聚砜相融合。
33.在一些实施例中，所述复合酸化剂包括l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨酸中的一种或多种与磷酸以及/或盐酸相参合而成，l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨等物质具有较好的水溶性，能够在短时间内充分的与水分子相结合，而磷酸以及盐酸均属于强酸，且不易挥发，同时也不易分解，强酸的性质使自身具有一定的氧化性，能够与l-乳酸、富马酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨等物质快速的结合，并生成配合物，复合酸化剂同时还包括二氧化硅，其与配合物相结合能够快速的与聚砜相融合，其中，为了保证添加剂的效果发挥。
34.为了保证底液的制备质量，在一些实施例中，所述底液制作步骤中的混合操作包括以下步骤：将所述成孔剂加入至研磨设备中研磨一定时间，研磨使成孔剂可以被碾碎，以得到颗粒物，使颗粒物的大小保持一定的均匀性，且其直径不超过0.1纳米，从而保证后期成孔时的孔径大小；将所述有机溶剂、聚砜、颗粒物以及添加剂加入至搅拌机中，启动搅拌机，且转速不低于3000转每分钟，使各物质之间充分的混合，保证均匀效果，在搅拌时，保持一定的搅拌时间；待搅拌完成时，再离心一定时间，离心是为了保证将混合物中的空气排尽，以防止
参杂有较多空气，在溶解到水中时不容易排出，从而容易对膜结构的致密性造成影响。
35.在一些实施例中，所述铸膜步骤中，对底液进行喷涂时，包括以下步骤：利用固定设备将无纺布固定住，具体可以采用一些夹持的设备或负压吸附的设备来进行固定，固定时将无纺布完全延展开，保持无纺布处于水平状态；将所述底液加入至喷涂设备中，可以采用无气喷涂机来进行喷涂，并启动喷涂设备，沿无纺布的朝下一面依次喷射，即由下至上进行喷涂，使底液在不会因为自身重力原因在布面上进行蔓延，当喷涂完成一遍时，静止一定时间，并再次喷涂，方式一样，通过控制喷涂时间段，使每喷涂一遍之后，底液可以在间隔时间内充分的无纺布融合。
36.在一些实施例中，所述成孔步骤中，利用气吸设备对所述原膜一侧进行吸取时，包括以下步骤：再次利用固定设备将原膜固定住，即采用夹持或负压吸附设备将原膜固定住，并利用超声设备对所述原膜进行超声，从而可以促进成孔剂颗粒的分解，同时减少与形成的空隙之间的粘连，方便后期的吸出；保持原膜处于水平状态，并利用吸气设备对原膜朝上一面进行吸取，从而形成透水孔。
37.在一些实施例中，利用超声设备对原膜进行超声时，超声时间不低于3分钟，且频率不低于30000赫兹，3分钟的时间可以充分的使每个成孔剂颗粒都能被彻底分解，且30000赫兹的频率能够保证颗粒震动时的稳定效果，使空隙受到充分的挤压，减少后期出现死端孔或无效孔的现象。
38.在一些实施例中，所述铸膜步骤中，对无纺布进行加热时，加热温度为不低于60摄氏度，60摄氏度使原膜中的各个物质可以充分的凝固，且不会破坏到各物质之间组合的结构，加热时间不低于5分钟，从而保证充分受热。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。