一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性pes/go復(fù)合膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分離膜改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚醚砜PES作為一種熱塑性高分子材料，它具有較好的耐熱性能、耐水解性，物理機械性能、絕緣性能、耐化學(xué)藥品性優(yōu)異，同時聚醚砜的生物相容性能也較好，PES以其優(yōu)異的綜合性能成為分離膜材料中非常重要的一種，常被用來制造納濾、超濾、微濾、氣體分離、血液透析膜等。但PES是一種弱極性材料，本身具有較強的疏水性，在用于水介質(zhì)處理時存在兩個關(guān)鍵的問題:一是膜的疏水性使的透膜壓高，動力能耗大；另外就是膜的疏水特性容易引起有機物和膠體(如蛋白質(zhì))在膜表面和膜孔內(nèi)吸附，形成膜污染，導(dǎo)致膜的通量隨操作時間顯著下降。因此，PES膜的疏水性使得其在水處理方面的應(yīng)用受到一定的限制。氧化石墨烯G0，表面具有較多的羥基、羧基以及環(huán)氧官能團(tuán)，同時，氧化石墨烯本身還具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、親水性、抗污染性能、生物相容性以及機械性能，與聚醚砜混合制膜可以使復(fù)合膜具有更好的性能。
[0003]硅烷偶聯(lián)劑KH570，名為γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，是一類在分子中同時含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)的基團(tuán)的有機硅化合物，其分子結(jié)構(gòu)中的可水解基團(tuán)與PES/GO復(fù)合膜中的GO反應(yīng)，從而達(dá)到對PES/G0的改性，獲得較好的親水性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜及其制備方法，硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ570改性后的PES/G0復(fù)合膜，親水性能和抗污染性能得到很大提高，可用于海水處理、苦咸水淡化、水過濾凈化等，提高水的質(zhì)量，并有效解決PES膜易被疏水性物質(zhì)污染的問題，進(jìn)一步擴大了 PES膜的應(yīng)用前景。此外，本制備方法操作工藝簡單，容易實現(xiàn)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜，主要原料為聚醚砜PES、氧化石墨烯GO和硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ570。
[0006]制備方法的具體步驟如下:
Cl)將氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h;加入聚醚砜PES和成孔劑PVP，40~60°C下攪拌12~24h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入60~70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到PES/G0復(fù)合膜；
(2 )將PES/G0復(fù)合膜置于硅烷偶聯(lián)劑KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌后，水洗干燥處理得到硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜。
[0007]步驟(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.%、成孔劑1.5 wt.%、二甲基甲酰胺78.5 wt.%。
[0008]步驟(2)中硅烷偶聯(lián)劑KH570的乙醇溶液中硅烷偶聯(lián)劑KH570的濃度為5-10wt.%。
[0009]步驟(2)中磁力攪拌時間為4_12h。
[0010]所述的硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜用于海水處理、苦咸水淡化和水過濾凈化。
[0011]PES/G0復(fù)合膜的疏水性能，不益于其在水相分離體系中的應(yīng)用，一方面其疏水性能使得需要很高的壓力才能使水通過PES/G0復(fù)合膜，純水通量低；同時有機污染物容易吸附到PES/G0復(fù)合膜的表面及孔內(nèi)，形成膜污染，造成膜孔的堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致膜通量的下降和使用壽命的縮短。KH570改性后，PES/G0復(fù)合膜的親水性得到很大程度的改善，從而使得其在水處理和過濾等方面有更好的應(yīng)用性能，同時有效降低了蛋白質(zhì)在膜表面的富集和吸附，抗污染性能增強。
[0012]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得的親水性的硅烷偶聯(lián)劑改性的聚醚砜/氧化石墨烯復(fù)合膜，以聚醚砜/氧化石墨烯復(fù)合膜為膜基底，一方面保持了聚醚砜和氧化石墨烯的優(yōu)點，如力學(xué)性能好、耐腐蝕等優(yōu)點，氧化石墨烯的加入，由于氧化石墨烯其較多的官能團(tuán)以及優(yōu)良的分散性，能與聚砜高分子鏈良好接觸，大大改善了聚醚砜膜的滲透性，同時提高了膜的機械強度；另一方面，KH570通過對聚醚砜/氧化石墨復(fù)合膜表面處理，與氧化石墨烯表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)鍵固定在復(fù)合膜表面，提高了復(fù)合膜的親水性和抗污染性能；且由于通過化學(xué)鍵固定在表面，使得KH570不易從復(fù)合膜表面脫落，且重復(fù)利用性能較強。
【附圖說明】
[0013]圖1是不同組分的PES/G0復(fù)合膜接觸角的測定。
[0014]圖2是KH570表面改性PES/G0復(fù)合膜的接觸角，處理時間為4h。
[0015]圖3是KH570不同處理時間的PES/G0復(fù)合膜接觸角，處理時間分別為4h和12h。
[0016]圖4是KH570處理前后PES/G0復(fù)合膜純水通量。
[0017]圖5是KH570處理前后PES/G0復(fù)合膜紅外譜圖。A:PES/G0復(fù)合膜，B:PES/G0-KH570 膜。
【具體實施方式】
[0018]一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜的制備方法如下:
(I)將一定量氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入聚醚砜PES和成孔劑PVP，40~60°C下攪拌12~24h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入60~70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0019](2)剪取一定尺寸形狀的PES/G0復(fù)合膜，置于一定濃度的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌一定時間后，水洗干燥處理。
[0020]實施例1 (I)將0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔劑PVP，50°C下攪拌20h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0021](2)剪取3cmX3cm的PES/G0復(fù)合膜，置于濃度為10%的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌4h后，水洗干燥處理。
[0022]實施例2
(I)將0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔劑PVP，50°C下攪拌20h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0023](2)剪取3cmX3cm的PES/G0復(fù)合膜，置于濃度為10%的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌6h后，水洗干燥處理。
[0024]實施例3
(I)將0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔劑PVP，50°C下攪拌20h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0025](2)剪取3cmX3cm的PES/G0復(fù)合膜，置于濃度為10%的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌8h后，水洗干燥處理。
[0026]實施例4
(I)將0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔劑PVP，50°C下攪拌20h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0027](2)剪取3cmX3cm的PES/G0復(fù)合膜，置于濃度為10%的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌1h后，水洗干燥處理。
[0028]實施例5
(I)將0.3g氧化石墨烯GO粉末加入到30mL 二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h ;加入7.40g聚醚砜PES和0.5g成孔劑PVP，50°C下攪拌20h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到聚醚砜PES/氧化石墨烯GO復(fù)合膜。
[0029](2)剪取3cmX3cm的PES/G0復(fù)合膜，置于濃度為10%的KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌12h后，水洗干燥處理。
[0030]對比圖1、圖2可以看出，KH570表面改性PES/G0復(fù)合膜之后，PES/G0復(fù)合膜的初始接觸角從80°左右最低降到45°，即KH570表面改性之后，PES/G0復(fù)合膜的親水性能得到很大程度的改善。同時，對比圖2、圖3可知，KH570對PES/G0復(fù)合膜的改性在較短時間可以實現(xiàn)親水性能的改善。從圖5紅外譜圖可以看出，通過與PES/G0復(fù)合膜對比，KH570改性后，在954CHT1波長處出現(xiàn)一個新的吸收峰，屬于S1-O-C的振動峰，這說明KH570與PES/GO復(fù)合膜中的GO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)鍵的形式將KH570固定在膜表面，不易沖洗剝離，從而達(dá)到對PES/G0復(fù)合膜的改性。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/GO復(fù)合膜，其特征在于:主要原料為聚醚砜PES、氧化石墨烯GO和硅烷偶聯(lián)劑KH570。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜的方法，其特征在于:具體步驟如下: Cl)將氧化石墨烯GO粉末加入到二甲基甲酰胺中，200W超聲處理2h;加入聚醚砜PES和成孔劑PVP，40~60°C下攪拌12~24h，得到均一的鑄膜液；經(jīng)冷卻、脫泡、刮膜后，放入60~70°C的去離子水凝固浴中，去除溶劑后用去離子水清洗，自然晾干，得到PES/G0復(fù)合膜； (2 )將PES/G0復(fù)合膜置于硅烷偶聯(lián)劑KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌后，水洗干燥處理得到硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)中各原料配比如下:聚醚砜15-19.9wt.%、氧化石墨稀 0.1~5 wt.%、成孔劑 1.5 wt.%、二甲基甲酰胺 78.5 wt.%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)中硅烷偶聯(lián)劑KH570的乙醇溶液中硅烷偶聯(lián)劑KH570的濃度為5-lOwt.%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)中磁力攪拌時間為4-12h。
6.一種如權(quán)利要求1所述的硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜的應(yīng)用，其特征在于:所述的硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/G0復(fù)合膜用于海水處理、苦咸水淡化和水過濾凈化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/GO復(fù)合膜及其制備方法，PES/GO復(fù)合膜由以下重量百分?jǐn)?shù)的原料采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法制得：聚醚砜15-19.9wt.%、氧化石墨烯0.1~5wt.%、成孔劑1.5wt.%、二甲基甲酰胺78.5wt.%。將PES/GO復(fù)合膜置于硅烷偶聯(lián)劑KH570的乙醇溶液中，磁力攪拌后，水洗干燥處理得到硅烷偶聯(lián)劑修飾的親水性PES/GO復(fù)合膜。硅烷偶聯(lián)劑KH570改性后的PES/GO復(fù)合膜，親水性能和抗污染性能得到很大提高，可用于海水處理、苦咸水淡化、水過濾凈化等，提高水的質(zhì)量，并有效解決PES膜易被疏水性物質(zhì)污染的問題，進(jìn)一步擴大了PES膜的應(yīng)用前景。此外，本制備方法操作工藝簡單，容易實現(xiàn)。
【IPC分類】B01D67-00, B01D69-12, C02F1-44, B01D71-68, B01D69-02
【公開號】CN104841294
【申請?zhí)枴緾N201510264047
【發(fā)明人】李建華, 王雙雙, 張德彬, 閆邦鋒, 張其清
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月22日