多孔复合滤材的制备方法及其多孔复合滤材与流程

本发明涉及分离，尤其涉及滤材，更加涉及多孔复合滤材的制备方法及其多孔复合滤材。

背景技术：

1、滤材是指具有一定空隙结构的材料，其通过选择渗透原理而实现组分的分离。滤材可用于水处理、空气净化、食品加工、生物分离等领域。

2、其中，膜分离技术是生物分离中的常见手段，其借助滤材的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下，对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。与传统的分离方法相比，膜分离技术具有选择性高、能耗低、分离效率高和无二次污染等优点。现有常用的滤材根据孔径分布大小分为反渗透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜等，其有效孔的尺寸决定了截留能力，即根据所保留尺寸的颗粒或分子的能力进行分类。

3、传统的滤材是单层孔隙结构，单一的孔径范围存在过滤精度过小的情况，易造成堵塞的情况，而具有梯度孔隙的复合滤材可有效解决此类问题。复合滤材的制备一般在孔径较大的基材或负载层上涂覆不同厚度的聚合物铸膜液，来调节孔径实现不同的分离作用。然而由于目前的复合滤材的制备中其孔径大小是不可控的，因此导致在制备过程中无法确保复合滤材的孔径是否符合要求，需要花费较多的人力、物力来测量复合滤材的性能，以确定复合滤材的通透性和截留性能等。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种多孔复合滤材的制备方法及其多孔复合滤材，该制备方法可实现复合滤材结构和孔径分布的可控调节，减少后续对复合滤材性能的测量，以降低复合滤材的生产成本，提高产品竞争力。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供了一种多孔复合滤材的制备方法，包括步骤：

3、（i）制备第一铸膜液

4、将第一聚合物、致孔剂加入至第一溶剂中完全溶解得第一铸膜液，所述第一聚合物为亲脂性聚合物，所述第一溶剂为水溶性有机溶剂，所述致孔剂为水溶性聚合物，所述第一聚合物于所述第一铸膜液中的质量比为w1；

5、（ii）制备第二铸膜液

6、将第二聚合物加入至第二溶剂中完全溶解得第二铸膜液，所述第二聚合物为亲脂性聚合物，所述第二溶剂为水溶性有机溶剂，所述第二聚合物于所述第二铸膜液中的质量比为w2，w1＞w2；

7、（iii）第一次负载

8、选择多孔基材，将所述第一铸膜液负载于所述多孔基材上再一并沉浸于含水或与水可混溶的凝固浴中得第一复合体；

9、（iv）第二次负载

10、待所述第一复合体清洗后，将所述第二铸膜液负载于所述第一复合体上再一并沉浸于含水或与水可混溶的凝固浴中以制得所述多孔复合滤材。

11、本发明采用的技术方案中，第一铸膜液的制备原料包括亲脂性聚合物、水溶性有机溶剂和水溶性聚合物，其负载于多孔基材后再沉浸于含水或与水可混溶的凝固浴中，水溶性有机溶剂和水溶性聚合物会溶解于水中而保留亲脂性的第一聚合物，从而使第一复合体上形成具有大孔径的孔隙结构。而第二聚合物于第二铸膜液中的质量比w2小于第一聚合物于第一铸膜液中的质量比w1，意味着第二铸膜液的粘度较低，故第二次负载时，第二铸膜液不仅会负载于第一复合体的表面还会渗入第一复合体的孔隙结构内，再通过沉浸于含水或与水可混溶的凝固浴中，水溶性有机溶剂会溶解于水中而保留亲脂性的第二聚合物，从而对第一复合体的孔隙结构进行修复，以实现复合滤材孔径的逐步减小，从而实现孔径分布可调、结构可控，因而减少后续对复合滤材的测量，减少测量的人力和物力，以降低复合滤材的生产成本，提高产品竞争力。

12、作为本发明的一技术方案，所述多孔基材的表面为平面。

13、作为本发明的一技术方案，所述第一铸膜液涂覆于所述多孔基材的表面，且所述第一铸膜液形成的涂层厚度为10~500μm。

14、作为本发明的一技术方案，所述第二铸膜液涂覆于所述第一复合体的表面，且所述第二铸膜液形成的涂层厚度为5~300μm。

15、作为本发明的一技术方案，所述多孔基材的表面具有曲面。

16、作为本发明的一技术方案，所述多孔基材沉浸于所述第一铸膜液中0.1~60.0min以将所述第一铸膜液负载于所述多孔基材上。

17、作为本发明的一技术方案，所述第一复合体沉浸于所述第二铸膜液中0.1~30.0min以将所述第二铸膜液负载于所述第一复合体上。

18、作为本发明的一技术方案，所述第一聚合物包括聚偏氟乙烯和聚醚砜中的至少一种。

19、作为本发明的一技术方案，所述第一聚合物的重均分子量为m1，200000≤m1≤800000。

20、作为本发明的一技术方案，w1为8~30%。

21、作为本发明的一技术方案，所述致孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。

22、作为本发明的一技术方案，所述致孔剂于所述第一铸膜液的质量比为0.1~4.0%。

23、作为本发明的一技术方案，所述第一溶剂包括n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

24、作为本发明的一技术方案，所述第一聚合物和所述致孔剂加入至所述第一溶剂前先于40~60℃下真空干燥8~12h。

25、作为本发明的一技术方案，步骤（1）中于30~60℃的恒温下进行所述溶解，且所述溶解后于真空条件下静置脱泡，脱泡时间大于12h。

26、作为本发明的一技术方案，第二聚合物包括聚偏氟乙烯和聚醚砜中的至少一种。

27、作为本发明的一技术方案，所述第二聚合的重均分子量为m2，20000≤m2＜200000。

28、作为本发明的一技术方案，w2为1~20%。

29、作为本发明的一技术方案，所述第二溶剂包括n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

30、作为本发明的一技术方案，所述第二聚合物加入至所述第二溶剂前先于40~60℃下真空干燥8~12h。

31、作为本发明的一技术方案，步骤（2）中于30~60℃的恒温下进行所述溶解，且所述溶解后于真空条件下静置脱泡，脱泡时间大于12h。

32、作为本发明的一技术方案，所述凝固浴为纯水、甲醇和乙醇中的至少一种。

33、作为本发明的一技术方案，所述第一次负载和所述第二次负载中所述沉浸的时间各自独立为18~36h。

34、作为本发明的一技术方案，所述多孔基材的平均孔径为3~60μm，最大孔径为10~160μm，最小孔径为2.5~56.0μm。

35、作为本发明的一技术方案，所述多孔基材的材质包括聚酯纤维、玻璃纤维、聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。

36、作为本发明的一技术方案，所述第一复合体的最大孔径为3.5~55.0μm，平均孔径为0.09~24.80μm，最小孔径为0.08~21.00μm。

37、本发明另一方面提供了多孔复合滤材，包括多孔基材和依次包覆所述多孔基材的第一复合层和第二复合层。

38、作为本发明的一技术方案，多孔复合滤材的最大孔径为1~10μm，平均孔径为0.05~5.00μm，最小孔径为0.02~3.00μm。