技术成果：疏水性抗结垢聚合物膜改性方法

（一）    技术名称：
       疏水性抗结垢聚合物膜改性方法
（二）    技术提供方：
       英国威廉集团  黄裕熙  huangyx253@mail.sysu.edu.cn
（三）    适用范围：
       该技术适用于膜蒸馏及需要防结垢的其他膜过程
（四）   技术内容：
       1、技术原理
       在膜法水处理过程中，膜表面无机物的沉积，即结垢，会造成膜孔堵塞和膜材料失效。无机物沉积本质上是盐类物质在表面的结晶过程，因此，本技术基于离子在溶液中成核结晶过程的热力学原理，通过降低膜材料表面的表面能，使得离子在膜表面成核的热力学能垒升高，从而降低离子在膜表面成核的可能性。同时，较低的表面能可以降低晶体在膜表面的粘附，使结晶物更容易在水力剪切的作用下剥落。以上两种机制综合作用使得膜表面的结垢情况得到非常大的缓解。在本技术途径中，利用含氟的硅烷对膜表面进行接枝改性。含氟硅烷与聚合物膜或无机膜表面的羟基反应，形成共价键实现表面接枝。含氟的分子链能够降低膜材料的表面能，并赋予膜表面疏水或超疏水特性，从而实现上述抗结垢的目标。
       2、技术创新性
       该技术从结晶过程的热力学原理出发降低结晶成核的几率和结晶体的粘附强度，能够从根本上抑制材料表面的结垢情况。水垢的形成是水中的溶解性固体在材料表面形成晶核，继而生长成为大的晶体的过程。在该过程中，材料表面的晶核形成，与水中的离子浓度以及材料的表面能有关。离子浓度是体系决定的，而表面能则可以通过表面改性进行调控。该技术通过表面接枝和氟化改性，降低材料的表面能。同时，该技术进行的表面改性不会改变材料表面的粗糙度，改性的厚度是单分子层厚度，不影响膜的传质性能。因此，在抑制结垢形成的同时，不影响膜的正常传质过程。
       3、技术优势
       目前在膜法水处理领域，常见的防结垢技术是对进水进行混凝沉淀过滤等预处理，降低水中的固体含量，或在进水中加入防垢剂来阻止结垢的生成。然而，一旦结垢在膜表面生成，只能通过物理反冲洗、化学清洗等方法进行清洗。物理清洗方法的清洗效果一般、不彻底，而化学清洗成本较高，且容易对膜造成老化。该技术通过对膜材料自身进行改性，提高膜的抗结垢能力，能够大幅延缓膜表面结垢发生的时间，从而节省膜的维护和使用成本。该技术自身工艺简单，易于大规模制备，成本可控。
       4、工艺流程
       （1）使用等离子清洗机对高分子膜材料表面进行一定功率和时间的处理，使膜表面产生羟基等含氧官能团；
       （2）将处理后的膜置于真空烘箱中进行氟硅烷蒸汽沉积，在一定有机溶剂蒸汽的辅助下，硅烷与膜表面羟基发生水解缩合反应，形成共价键，使氟硅烷接枝到膜表面；
       （3）接枝完成后的膜材料无需后处理，可直接使用。
       5、控制的主要污染物
       无机盐结垢
       6、污染治理效果
       对于膜蒸馏过程，在处理3.5%含盐量的水时，该技术改性膜对于改性前的膜，在稳定膜通量上，有5%-10%提高，在处理20mM硫酸钙溶液时，硫酸钙的结垢能够大幅缓解，浓缩三倍时改性前的膜出现结垢润湿现象，而应用该技术的改性膜在此时不发生润湿，表面结垢量也少于改性前的膜。应用该技术的膜在膜蒸馏过程中，可以将高盐废水浓缩至15% TDS以上。