聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性

聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性

刘振;许志浩

【摘要】对膜蒸馏用聚丙烯中空纤维膜进行超疏水改性可以提高膜蒸馏产品品质以及增加膜组件的使用寿命.用溶胶-凝胶法将二氧化硅粒子加入到聚丙烯溶液中制成溶胶,以聚丙烯中空纤维膜为基底,用相分离的方法将溶胶涂覆到聚丙烯中空纤维膜的表面,再用具有低表面能的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对涂覆后的中空纤维膜进行修饰,并对超疏水聚丙烯中空纤维膜进行膜蒸馏的实验.结果表明:0.3 g的二氧化硅和0.7 g的聚丙烯形成的溶胶制备的超疏水中空纤维膜的接触角为157°,在60℃下的3.5%氯化钠溶液中,通量达到216.96 g/(m2·h),截留率从91%提高到99%.因此对聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性可以明显增加膜蒸馏通量和截留率.%The super-hydrophobic modification of polypropylene hollow fiber membranes for membrane distillation can im-prove the quality of membrane distillation products and increase the service life of membrane modules. The sol was prepared by adding silica particles into a polypropylene solution by a sol-gel method. The sol was coated onto the surface of the polypropylene hollow fiber membrane by a phase separation method using a polypropylene hol-low fiber membrane as a base. The coated hollow fiber membranes were modified with 1H, 1H, 2H, 2H-perflu-orooctyltriethoxysilane with low surface energy. And the experiment of membrane distillation of super-hydropho-bic polypropylene hollow fiber membrane was carried out. The results shows that the contact angle of the super-hydrophobic hollow fiber membrane prepared by using 0.3 g of silica and 0.7 g of polypropylene was 157 °. The experimental

results showed that the flux of the super-hydrophobic polypropylene hollow fiber membrane was 216.96 g/(m2·h) in 3.5%sodium chloride solution at 60℃, and the rejection increased from 91%to 99%. So the super-hydrophobic modification of polypropylene hollow fiber membrane can significantly increase the membrane distillation flux and rejection rate.【期刊名称】《天津工业大学学报》

【年(卷),期】2017(036)001

【总页数】5页(P15-19)

【关键词】聚丙烯中空纤维膜;超疏水改性;二氧化硅粒子

【作者】刘振;许志浩

【作者单位】天津工业大学材料科学与工程学院, 天津 300387;天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室,天津 300387;天津工业大学材料科学与工程学院, 天津 300387;天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室,天津300387

【正文语种】中文

【中图分类】TS102.54;TS102.528.1

超疏水表面在日常生活中随处可见[1].最近几年，超疏水表面引起了越来越多的关注和研究[2]，同时它在防雪[3]、防腐[4]、防污染[5]、抗氧化[6]、防止电流传导[7]和自净[8]等方面有着广泛的应用.超疏水表面是指接触角大于150°并且有很小的滚动角.制备超疏水表面有很多方法，例如嵌段聚合物的相分离[9-10]、激光刻蚀[11]、溶剂挥发[4]、模板法[12]、升华法[13]等.同时，溶胶-凝胶法也是增加表

面粗糙度[14]的方法之一.但是目前制备超疏水中空纤维膜的过程大都比较繁琐且

设备昂贵.

超疏水中空纤维膜近年来在很多领域得到了广泛的应用.其中膜蒸馏是很重要的一

个应用，并且引起了研究人员广泛的关注.膜蒸馏（MD）是一种新兴的非等温膜分离过程，它是一个热驱动过程包括通过微孔的疏水膜对水蒸汽的输送[15].MD的

驱动力是通过所施加的液体/蒸气界面之间蒸气压力差的温度梯度所产生的 [16].膜蒸馏有很多方法，比如直接接触式膜蒸馏（DCMD）、空气隙膜蒸馏（AGMD）、扫气膜蒸馏（SGMD）及真空膜蒸馏（VMD）[16-17].其中DCMD是最常用的一种膜蒸馏方法.目前，DCMD在生产淡水[18]、废水处理和重新利用[19]及食品工

业[20]等方面均有重要应用.

2004年，Erbil等[4]用廉价的聚丙烯（PP）以相分离的方法制得超疏水膜，这种

简单易行的制备超疏水涂层的方法已经得到了广泛的应用.在他们工作的基础上，

Lv等[21]将聚丙烯溶液沉积到聚丙烯中空纤维膜上，成功制得超疏水中空纤维膜，并且组装成膜接触器测试膜性能.有效提高涂层的粗糙度也能增加涂层的疏水性，Yu等[22]将棉纤维浸入到二氧化硅溶胶中，获得一定量粗糙度，干燥后用硅烷偶

联剂修饰，得到低表面能的涂层，从而制得了具有较好疏水性的棉纤维.

为了对聚丙烯中空纤维膜进行超疏水改性，本文综合以上3种方法，首先采用溶

胶-凝胶法制备纳米二氧化硅颗粒，然后将制备的二氧化硅颗粒加入到聚丙烯均相

溶液中.以此溶液涂覆到聚丙烯中空纤维膜表面，然后使用全氟硅烷修饰涂覆后的

中空纤维膜.最终制得超疏水中空纤维膜.

1.1 试剂原料及实验仪器

试剂原料：硅酸四乙酯（TEOS，98%）、3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS，98%）、环己酮，上海市阿拉丁试剂（中国）有限公司产品；1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS，97%），湖北巨胜科技有限公司产品；聚丙烯