一种中空纤维纳滤膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中空纤维纳滤膜的制备方法，具体为晶须掺混和固定化处理制备 中空纤维纳滤膜的方法，属于分离膜制造领域。
【背景技术】
[0002] 纳滤(NF)是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，纳滤膜可以除去直径为 lnm左右的颗粒，截留相对分子量为200~1000,对一价盐的脱除率低于80%，对二价盐的脱 除率高于90%，可分离同类氨基酸和蛋白质，实现高分于量和低分子量有机物的分离。中空 纤维纳滤膜比表面积大，膜组件的装填密度高，工艺简单，易清洗，生产成本低于其他类型 的纳滤膜，且在较低压力下仍具有较高脱盐性能，因而被广泛应用于超纯水制备、食品、化 工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。中空纤维纳滤膜是由中空纤维超 滤膜和中空纤维超滤膜内（外)表面的脱盐层组成，脱盐层一般是通过在中空纤维纳滤膜内 (外)表面的原位界面聚合得到的超薄致密层。在中空纤维纳滤膜的生产过程中，脱盐层的 亲水性影响脱盐层的均匀度和致密性，从而影响中空纤维纳滤膜的脱盐率和使用寿命。
[0003] 晶须是一种新型增强填料。晶须以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小(微 米级），具有高强度、高模量和高伸长率等优点。晶须的强度远高于其他短切纤维，主要用作 复合材料的增强体，用于制造高强度复合材料。
【发明内容】
[0004] 为了改善现有中空纤维纳滤膜脱盐层密度和厚度不均匀，功能层易脱落，机械强 度较低，变形性大，易断裂的缺点，本发明公开一种晶须掺混和固定化处理制备中空纤维纳 滤膜的方法，提出了一种新型中空纤维纳滤膜的制备工艺。主要制膜步骤如下：
[0005] (1)晶须-聚合物混合溶液的制备
[0006] 将聚合物、有机溶剂和制孔剂按一定比例配制成聚合物铸膜液;将晶须加入铸膜 液中，搅拌均匀后静置脱泡。
[0007] (2)中空纤维超滤膜的制备
[0008] 将含有晶须的铸膜液和芯液同时由喷丝板的喷头挤出经过5cm-20cm空气浴后进 入凝固浴，在凝固浴中停留5s-30s使聚合物分相，从导丝轮上取下膜丝用去离子水多次冲 洗并在去离子水中浸泡48h，即得到中空纤维超滤膜。
[0009] (3)中空纤维超滤膜的预处理
[0010] 中空纤维超滤膜晾干后，在其内（外)表面涂敷含有一定浓度的聚乙烯醇(PVA)和 离子液体的水溶液，干燥。
[0011] (4)中空纤维纳滤膜的制备
[0012] 在预处理好的中空纤维超滤膜内（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，制得中空纤维纳滤膜。
[0013] PVA和离子液体可降低膜表面张力，增加哌嗪水溶液在膜表面的附着力，使哌嗪在 膜表面分布的更为均匀。另外，PVA含有大量羟基，可与某些晶须结合形成离子键，离子键的 形成增加了PVA与基膜的结合牢度。采用PVA和离子液体预处理后，中空纤维纳滤膜内（外） 表面的脱盐层更为致密、均匀，截留率也更高。
[0014] 所述步骤(1)、（2)晶须是指碳化硅、碳化钽、氮化硅、碳纤维、纳米纤维素晶须中的 一种或几种，优选为:碳化硅晶须。聚合物是指聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一种或几种。
[0015] 所述步骤⑴中，晶须的浓度为lwt%-12wt%。
[0016] 所述步骤(3)中，离子液体的浓度为lwt%_10wt% ;PVA的浓度为lwt%_10wt%。 [0017]所述步骤(4)中，中空纤维纳滤膜脱盐层由哌嗪和均苯三甲酰氯经原位界面聚合 而成。
[0018] 与传统中空纤维纳滤膜相比，其优点是：
[0019] (1)晶须的加入增强了中空纤维纳滤膜的机械强度；
[0020] (2)中空纤维纳滤膜内（外）表面经过PVA和离子液体预浸液处理后，亲水性增加， 从而使界面聚合后的脱盐层更为致密、均匀，截留率更高；
[0021 ] (3)中空纤维超滤膜内（外)表面经过PVA和离子液体预浸液处理后，增加了中空纤 维超滤膜中的晶须与脱盐层的结合牢度，使功能层不易脱落。
【附图说明】
[0022]附图（图1)为本发明中空纤维纳滤膜横截面的结构示意图。其中，1为中空纤维超 滤膜横截面，2为脱盐层，3为晶须。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明方案做进一步具体说明。
[0024] 实施例1
[0025] 将浓度为lwt %的碳化硅加入聚合物铸膜液中，溶解脱泡后，制得含有晶须的铸膜 液;将含有晶须的铸膜液和芯液同时由喷丝板的喷头挤出经过l〇cm空气浴后进入凝固浴， 在凝固浴中停留20s使聚合物分相，从导丝轮上取下膜丝用去离子水多次冲洗并在去离子 水中浸泡48h，即得到中空纤维超滤膜;在中空纤维超滤膜内表面预涂含有5wt%的离子液 体和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 得中空纤维纳滤膜。
[0026] 实施例2
[0027] 将浓度为5wt%的碳化硅加入聚合物铸膜液中，溶解脱泡后，制得含有晶须的铸膜 液;将含有晶须的铸膜液和芯液同时由喷丝板的喷头挤出经过20cm空气浴后进入凝固浴， 在凝固浴中停留l〇s使聚合物分相，从导丝轮上取下膜丝用去离子水多次冲洗并在去离子 水中浸泡48h，即得到中空纤维超滤膜;在中空纤维超滤膜内表面预涂含有10wt%的离子液 体和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 得中空纤维纳滤膜。
[0028] 实施例3
[0029]将浓度为12wt %的碳化硅加入聚合物铸膜液中，溶解脱泡后，制得含有晶须的铸 膜液;将含有晶须的铸膜液和芯液同时由喷丝板的喷头挤出经过5cm空气浴后进入凝固浴， 在凝固浴中停留5s使聚合物分相，从导丝轮上取下膜丝用去离子水多次冲洗并在去离子水 中浸泡48h，即得到中空纤维超滤膜;在中空纤维超滤膜内表面预涂含有5wt%的离子液体 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 得中空纤维纳滤膜。
[0030] 对照组1
[0031] 将聚合物铸膜液和芯液同时由喷丝板的喷头挤出经过空气浴后进入凝固浴，在凝 固浴中停留使聚合物分相，从导丝轮上取下膜丝用去离子水多次冲洗并在去离子水中浸泡 48h，即得到中空纤维超滤膜;在中空纤维超滤膜内表面涂敷哌嗪水溶液再涂敷均苯三甲酰 氯的正己烷溶液，制得中空纤维纳滤膜。
[0032] 取实施例1-3和对照组1制得的相同面积的膜丝制成小型实验膜组件，测试：（1)测 试水通量，（2)测试硫酸镁和氯化钠截留率，（3)测试拉伸强度。水通量和截留性能测试时， 操作压力为〇. 6MPa，测试系统温度为25°C。实验结果见表1。
[0033] 表1膜组件的水通量、截留率和拉伸强度
[0034]
[0035] 由表1可知，在同样的测试条件下，以本发明方法实施例和对照组制得的中空纤维 纳滤膜，其测试水通量变化率是20.8%，硫酸镁截留率变化率4.7%，氯化钠截留率变化率 是27.3%，拉伸强度变化率是30.8%。以上结果说明本发明制备的晶须掺混和中空纤维超 滤膜内表面经预浸液处理制备复合反渗透膜优于未添加晶须和中空纤维超滤膜内表面未 进行预浸液处理制备的中空纤维纳滤膜，可替代未添加晶须和中空纤维超滤膜内表面未进 行预浸液处理制备的中空纤维纳滤膜使用。
【主权项】
1. 一种晶须掺混和聚乙烯醇(PVA)预处理制备中空纤维纳滤膜的方法，该方法是将晶 须加入聚合物铸膜液中，采用非溶剂相转化法纺制中空纤维超滤膜，然后用含有lwt%-1 Owt %的PVA和lwt %-1 Owt %离子液体的水溶液预涂中空纤维膜的内（外）表面，最后在经 过预处理内（外）的中空纤维膜表面进行哌嗪和均苯三甲酰氯的原位界面聚合，得到中空纤 维纳滤膜。2. 如权利要求1所述，一种晶须掺混中空纤维纳滤膜，其特征在于基膜中含有晶须。晶 须是指碳化硅、碳化钽、氮化硅、碳纤维、纳米纤维素晶须中的一种或几种，优选为:碳化硅 晶须。聚合物是指聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一种或几种。晶须的浓度为0.2wt % -10wt% 〇3. 如权利要求1和2所述，采用一种晶须掺混和PVA预处理制备中空纤维纳滤膜的方法， 其特征在于:用含有PVA和离子液体的水溶液预处理中空纤维基膜表面。其中，PVA的浓度为 lwt%_10wt%，离子液体的浓度为lwt%_10wt%。4. 如权利要求1和2所述，一种晶须掺混和PVA预处理制备中空纤维纳滤膜的方法，其特 征在于：中空纤维纳滤膜致密层由间苯二胺哌嗪和均苯三甲酰氯经原位界面聚合而成。
【专利摘要】本发明公开了一种晶须掺混和聚乙烯醇(PVA)预处理制备中空纤维纳滤膜的方法。其主要技术特性在于：将晶须加入聚合物铸膜液中，纺制成中空纤维超滤膜，用PVA和离子液体水溶液预涂中空纤维超滤膜内(外)表面，再在预处理表面进行哌嗪和均苯三甲酰氯原位界面聚合，制得中空纤维纳滤膜。采用此方法制备的中空纤维纳滤膜具有极高的机械强度；其功能层更为致密、均匀，与基膜结合的更紧密，不易脱落；中空纤维纳滤膜的截留率更高，使用寿命延长。
【IPC分类】B01D69/02, B01D67/00, B01D69/08, B01D71/68, B01D71/34
【公开号】CN105709609
【申请号】CN201610224115
【发明人】王薇, 于湉
【申请人】天津珑源新材料科技有限公司