新材料及其应用

本发明公开了一种高透气、超疏水聚醚砜中空纤维膜的制备方法，包括：(1)高透气聚醚砜中空纤维膜的制备；(2)氟化二氧化硅溶胶凝胶过滤液的制备；(3)超疏水聚醚砜中空纤维膜的制备。本发明通过干湿法选定特定的内凝固浴制备单皮层的高透气PES中空纤维膜，然后，通过溶胶凝胶法制备二氧化硅溶胶凝胶，并用含氟硅烷对二氧化硅溶胶凝胶进行修饰，制备氟化的二氧化硅溶胶凝胶过滤液，采用真空抽滤的方法将氟化的二氧化硅溶胶凝胶沉积到高透气PES膜的一侧，制得单侧具有超疏水性能的聚醚砜膜。该方法工艺简单、易于操作且不需要添加额外设备；本发明方法仅需较少的低表面能物质即可实现特定膜侧疏水性能的提高。

气-液膜接触器技术以其气液传质界面稳定、比表面面积高、体积小、模块化、易于规模的放大和缩小、可以独立控制气体和液体的流速等优点，迅速成为新型的膜技术，在膜吸收、膜解析、膜蒸馏和气-液膜接触器制备纳米材料方面得到了广泛研究和应用，引起相关研究人员的广泛关注。在膜吸收和膜解析过程中，气-液膜接触器将气相和液相分隔开，气-液膜接触器只是提供了气液两相的接触界面，在每个膜孔口处形成气液两相的接触界面，完成吸收或解析过程。由于在气-液膜接触器技术分离过程中，气相要通过扩散作用穿过膜，从膜的一侧到另一侧，因此，具有良好的透气性能是气-液膜接触器用膜的基本条件。此外，研究人员发现膜接触器在应用中的一个主要缺点是膜的存在引入膜的自身阻力，导致总的传质阻力增大，尤其是膜孔被润湿后，由于液相扩散系数比气相扩散系数小10 ，液体渗透进入膜孔，将使膜的性能明显下降。对气-液膜接触器用膜的研究主要围绕在两个方面工作展开：减小膜的传质阻力和提高膜的抗润湿性能。因此，在气-液膜接触器技术的研究和应用中，膜材料的透气性能和疏水性能是决定膜接触器能否成功应用的关键。

与现技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的方法采用特定弱内凝固剂为内凝固浴，由于弱凝固剂和溶剂的溶解度参数差小于强凝固剂(水)和溶剂的溶解度参数差，所以，溶剂与弱凝固浴在中空纤维膜的内侧的双向扩散速率减慢，延缓了PES中空纤维膜内侧的凝胶分相过程，形成了高孔隙率、大孔径、无内皮层的PES中空纤维膜，仅用简便的成膜工艺就达到了增加其透气性能的目的。

(2)本法采用溶胶-凝胶技术制备二氧化硅溶胶凝胶，通过氟化改性处理，在二氧化硅 溶胶凝胶表面接枝全氟癸基三乙氧基硅烷，对其进行氟化改性，形成氟化的二氧化硅溶胶凝胶过滤液，再通过简单易于操作的真空抽滤法将氟化的二氧化硅微纳米粒子均匀地沉积在PES膜单侧表面，形成单侧超疏水的PES膜，从而实现单侧PES膜的超疏水化。

(3)本法基于现有的高透气、超疏水聚醚砜中空纤维膜的制备工艺和设备，现有的发明中大部分制备超疏水膜的制备方法主要通过高粗糙表面的构建和低表面能的修饰两部分完成，本发明把这两部分巧妙地组合在一起，制备了经过低表面能氟化物修饰的纳米二氧化硅溶胶过滤液，然后通过简单的物理真空抽滤，由于此超疏水膜的制备只涉及过滤液准备和抽滤两个工艺过程，因此，其工艺简单、易于操作且不需要添加额外设备，所以，没有前期设备的投入，成本较低；由于现有的具有低表面能物质的价格都较为昂贵，而这一物质是制备超疏水膜的必备材料，对于仅需要与液体接触侧为超疏水的气-液膜接触器用膜，本发明方法仅需要较少的低表面能物质在特定膜侧进行疏水性能的提高，因此，制备成本有大幅度降低，具有重大实用价值。