一種中空纖維納濾膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種中空纖維納濾膜的制備方法，具體為晶須摻混和固定化處理制備 中空纖維納濾膜的方法，屬于分離膜制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 納濾(NF)是介于反滲透和超濾之間的一種膜分離技術(shù)，納濾膜可以除去直徑為 lnm左右的顆粒，截留相對(duì)分子量為200~1000,對(duì)一價(jià)鹽的脫除率低于80%，對(duì)二價(jià)鹽的脫 除率高于90%，可分離同類氨基酸和蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高分于量和低分子量有機(jī)物的分離。中空 纖維納濾膜比表面積大，膜組件的裝填密度高，工藝簡(jiǎn)單，易清洗，生產(chǎn)成本低于其他類型 的納濾膜，且在較低壓力下仍具有較高脫鹽性能，因而被廣泛應(yīng)用于超純水制備、食品、化 工、醫(yī)藥、生化、環(huán)保、冶金等領(lǐng)域的各種濃縮和分離過(guò)程。中空纖維納濾膜是由中空纖維超 濾膜和中空纖維超濾膜內(nèi)（外)表面的脫鹽層組成，脫鹽層一般是通過(guò)在中空纖維納濾膜內(nèi) (外)表面的原位界面聚合得到的超薄致密層。在中空纖維納濾膜的生產(chǎn)過(guò)程中，脫鹽層的 親水性影響脫鹽層的均勻度和致密性，從而影響中空纖維納濾膜的脫鹽率和使用壽命。
[0003] 晶須是一種新型增強(qiáng)填料。晶須以單晶形式生長(zhǎng)成的一種纖維，其直徑非常小(微 米級(jí)），具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長(zhǎng)率等優(yōu)點(diǎn)。晶須的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他短切纖維，主要用作 復(fù)合材料的增強(qiáng)體，用于制造高強(qiáng)度復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了改善現(xiàn)有中空纖維納濾膜脫鹽層密度和厚度不均勻，功能層易脫落，機(jī)械強(qiáng) 度較低，變形性大，易斷裂的缺點(diǎn)，本發(fā)明公開一種晶須摻混和固定化處理制備中空纖維納 濾膜的方法，提出了一種新型中空纖維納濾膜的制備工藝。主要制膜步驟如下：
[0005] (1)晶須-聚合物混合溶液的制備
[0006] 將聚合物、有機(jī)溶劑和制孔劑按一定比例配制成聚合物鑄膜液;將晶須加入鑄膜 液中，攪拌均勻后靜置脫泡。
[0007] (2)中空纖維超濾膜的制備
[0008] 將含有晶須的鑄膜液和芯液同時(shí)由噴絲板的噴頭擠出經(jīng)過(guò)5cm-20cm空氣浴后進(jìn) 入凝固浴，在凝固浴中停留5s-30s使聚合物分相，從導(dǎo)絲輪上取下膜絲用去離子水多次沖 洗并在去離子水中浸泡48h，即得到中空纖維超濾膜。
[0009] (3)中空纖維超濾膜的預(yù)處理
[0010] 中空纖維超濾膜晾干后，在其內(nèi)（外)表面涂敷含有一定濃度的聚乙烯醇(PVA)和 離子液體的水溶液，干燥。
[0011] (4)中空纖維納濾膜的制備
[0012] 在預(yù)處理好的中空纖維超濾膜內(nèi)（外)表面涂敷哌嗪水溶液，再涂敷均苯三甲酰氯 的正己烷溶液，制得中空纖維納濾膜。
[0013] PVA和離子液體可降低膜表面張力，增加哌嗪水溶液在膜表面的附著力，使哌嗪在 膜表面分布的更為均勻。另外，PVA含有大量羥基，可與某些晶須結(jié)合形成離子鍵，離子鍵的 形成增加了PVA與基膜的結(jié)合牢度。采用PVA和離子液體預(yù)處理后，中空纖維納濾膜內(nèi)（外） 表面的脫鹽層更為致密、均勻，截留率也更高。
[0014] 所述步驟(1)、（2)晶須是指碳化硅、碳化鉭、氮化硅、碳纖維、納米纖維素晶須中的 一種或幾種，優(yōu)選為:碳化硅晶須。聚合物是指聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一種或幾種。
[0015] 所述步驟⑴中，晶須的濃度為lwt%-12wt%。
[0016] 所述步驟(3)中，離子液體的濃度為lwt%_10wt% ;PVA的濃度為lwt%_10wt%。 [0017]所述步驟(4)中，中空纖維納濾膜脫鹽層由哌嗪和均苯三甲酰氯經(jīng)原位界面聚合 而成。
[0018] 與傳統(tǒng)中空纖維納濾膜相比，其優(yōu)點(diǎn)是：
[0019] (1)晶須的加入增強(qiáng)了中空纖維納濾膜的機(jī)械強(qiáng)度；
[0020] (2)中空纖維納濾膜內(nèi)（外）表面經(jīng)過(guò)PVA和離子液體預(yù)浸液處理后，親水性增加， 從而使界面聚合后的脫鹽層更為致密、均勻，截留率更高；
[0021 ] (3)中空纖維超濾膜內(nèi)（外)表面經(jīng)過(guò)PVA和離子液體預(yù)浸液處理后，增加了中空纖 維超濾膜中的晶須與脫鹽層的結(jié)合牢度，使功能層不易脫落。
【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖（圖1)為本發(fā)明中空纖維納濾膜橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為中空纖維超 濾膜橫截面，2為脫鹽層，3為晶須。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方案做進(jìn)一步具體說(shuō)明。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 將濃度為lwt %的碳化硅加入聚合物鑄膜液中，溶解脫泡后，制得含有晶須的鑄膜 液;將含有晶須的鑄膜液和芯液同時(shí)由噴絲板的噴頭擠出經(jīng)過(guò)l〇cm空氣浴后進(jìn)入凝固浴， 在凝固浴中停留20s使聚合物分相，從導(dǎo)絲輪上取下膜絲用去離子水多次沖洗并在去離子 水中浸泡48h，即得到中空纖維超濾膜;在中空纖維超濾膜內(nèi)表面預(yù)涂含有5wt%的離子液 體和lwt %的PVA的水溶液，干燥后，涂敷哌嗪水溶液再涂敷均苯三甲酰氯的正己烷溶液，制 得中空纖維納濾膜。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 將濃度為5wt%的碳化硅加入聚合物鑄膜液中，溶解脫泡后，制得含有晶須的鑄膜 液;將含有晶須的鑄膜液和芯液同時(shí)由噴絲板的噴頭擠出經(jīng)過(guò)20cm空氣浴后進(jìn)入凝固浴， 在凝固浴中停留l〇s使聚合物分相，從導(dǎo)絲輪上取下膜絲用去離子水多次沖洗并在去離子 水中浸泡48h，即得到中空纖維超濾膜;在中空纖維超濾膜內(nèi)表面預(yù)涂含有10wt%的離子液 體和5wt %的PVA的水溶液，干燥后，涂敷哌嗪水溶液再涂敷均苯三甲酰氯的正己烷溶液，制 得中空纖維納濾膜。
[0028] 實(shí)施例3
[0029]將濃度為12wt %的碳化硅加入聚合物鑄膜液中，溶解脫泡后，制得含有晶須的鑄 膜液;將含有晶須的鑄膜液和芯液同時(shí)由噴絲板的噴頭擠出經(jīng)過(guò)5cm空氣浴后進(jìn)入凝固浴， 在凝固浴中停留5s使聚合物分相，從導(dǎo)絲輪上取下膜絲用去離子水多次沖洗并在去離子水 中浸泡48h，即得到中空纖維超濾膜;在中空纖維超濾膜內(nèi)表面預(yù)涂含有5wt%的離子液體 和10wt %的PVA的水溶液，干燥后，涂敷哌嗪水溶液再涂敷均苯三甲酰氯的正己烷溶液，制 得中空纖維納濾膜。
[0030] 對(duì)照組1
[0031] 將聚合物鑄膜液和芯液同時(shí)由噴絲板的噴頭擠出經(jīng)過(guò)空氣浴后進(jìn)入凝固浴，在凝 固浴中停留使聚合物分相，從導(dǎo)絲輪上取下膜絲用去離子水多次沖洗并在去離子水中浸泡 48h，即得到中空纖維超濾膜;在中空纖維超濾膜內(nèi)表面涂敷哌嗪水溶液再涂敷均苯三甲酰 氯的正己烷溶液，制得中空纖維納濾膜。
[0032] 取實(shí)施例1-3和對(duì)照組1制得的相同面積的膜絲制成小型實(shí)驗(yàn)?zāi)そM件，測(cè)試：（1)測(cè) 試水通量，（2)測(cè)試硫酸鎂和氯化鈉截留率，（3)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度。水通量和截留性能測(cè)試時(shí)， 操作壓力為〇. 6MPa，測(cè)試系統(tǒng)溫度為25°C。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
[0033] 表1膜組件的水通量、截留率和拉伸強(qiáng)度
[0034]

[0035] 由表1可知，在同樣的測(cè)試條件下，以本發(fā)明方法實(shí)施例和對(duì)照組制得的中空纖維 納濾膜，其測(cè)試水通量變化率是20.8%，硫酸鎂截留率變化率4.7%，氯化鈉截留率變化率 是27.3%，拉伸強(qiáng)度變化率是30.8%。以上結(jié)果說(shuō)明本發(fā)明制備的晶須摻混和中空纖維超 濾膜內(nèi)表面經(jīng)預(yù)浸液處理制備復(fù)合反滲透膜優(yōu)于未添加晶須和中空纖維超濾膜內(nèi)表面未 進(jìn)行預(yù)浸液處理制備的中空纖維納濾膜，可替代未添加晶須和中空纖維超濾膜內(nèi)表面未進(jìn) 行預(yù)浸液處理制備的中空纖維納濾膜使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種晶須摻混和聚乙烯醇(PVA)預(yù)處理制備中空纖維納濾膜的方法，該方法是將晶 須加入聚合物鑄膜液中，采用非溶劑相轉(zhuǎn)化法紡制中空纖維超濾膜，然后用含有l(wèi)wt%-1 Owt %的PVA和lwt %-1 Owt %離子液體的水溶液預(yù)涂中空纖維膜的內(nèi)（外）表面，最后在經(jīng) 過(guò)預(yù)處理內(nèi)（外）的中空纖維膜表面進(jìn)行哌嗪和均苯三甲酰氯的原位界面聚合，得到中空纖 維納濾膜。2. 如權(quán)利要求1所述，一種晶須摻混中空纖維納濾膜，其特征在于基膜中含有晶須。晶 須是指碳化硅、碳化鉭、氮化硅、碳纖維、納米纖維素晶須中的一種或幾種，優(yōu)選為:碳化硅 晶須。聚合物是指聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一種或幾種。晶須的濃度為0.2wt % -10wt% 〇3. 如權(quán)利要求1和2所述，采用一種晶須摻混和PVA預(yù)處理制備中空纖維納濾膜的方法， 其特征在于:用含有PVA和離子液體的水溶液預(yù)處理中空纖維基膜表面。其中，PVA的濃度為 lwt%_10wt%，離子液體的濃度為lwt%_10wt%。4. 如權(quán)利要求1和2所述，一種晶須摻混和PVA預(yù)處理制備中空纖維納濾膜的方法，其特 征在于：中空纖維納濾膜致密層由間苯二胺哌嗪和均苯三甲酰氯經(jīng)原位界面聚合而成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶須摻混和聚乙烯醇(PVA)預(yù)處理制備中空纖維納濾膜的方法。其主要技術(shù)特性在于：將晶須加入聚合物鑄膜液中，紡制成中空纖維超濾膜，用PVA和離子液體水溶液預(yù)涂中空纖維超濾膜內(nèi)(外)表面，再在預(yù)處理表面進(jìn)行哌嗪和均苯三甲酰氯原位界面聚合，制得中空纖維納濾膜。采用此方法制備的中空纖維納濾膜具有極高的機(jī)械強(qiáng)度；其功能層更為致密、均勻，與基膜結(jié)合的更緊密，不易脫落；中空纖維納濾膜的截留率更高，使用壽命延長(zhǎng)。
【IPC分類】B01D69/02, B01D67/00, B01D69/08, B01D71/68, B01D71/34
【公開號(hào)】CN105709609
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610224115
【發(fā)明人】王薇, 于湉
【申請(qǐng)人】天津瓏源新材料科技有限公司