一种制备亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的方法与流程

文档序号:12545064阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,所述方法包括如下步骤:

(1)炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯的制备

在反应器中添加溶剂1,之后将聚甲基丙烯酸羟乙酯、催化剂、4-戊炔酸加入反应器中,放入0℃的冰浴中反应,并且通入氮气保护;反应进行20-50min后,将脱水剂溶解于溶剂1中,并在50-80min内加入反应器中,室温下搅拌10-16h;其中,聚甲基丙烯酸羟乙酯、脱水剂、催化剂、4-戊炔酸用量的重量比为3-8∶5-10∶3-7∶4-10;所述溶剂1以体积份计的总用量与聚甲基丙烯酸羟乙酯以重量份计的比为10-20∶1;

之后,将反应液用纯水洗涤3-6次,抽滤,得到炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯,备用;

(2)巯基化的纳米SiO2的制备

称取0.1-1重量份的纳米SiO2分散于含5-15体积份纯水的反应器中,然后加入11-25体积份的乙醇,超声分散15-30min后,通入氮气以去除反应器中的空气;量取0.1-1体积份的3-巯丙基三甲氧基硅烷与10-30体积份的乙醇,混合均匀后加入反应器中,并边搅拌边加入2-8体积份的氨水,在50-90℃下搅拌反应5-12h;

将反应器中的液体倒出,用乙醇清洗3-8次后离心,取出上清液,将沉淀物在烘箱中烘干,烘箱温度设定为40-70℃,得到巯基化的纳米SiO2,备用;

(3)亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备

按照聚偏氟乙烯树脂∶溶剂2∶聚乙二醇添加剂∶聚乙烯吡咯烷酮添加剂按重量比12-25∶50-80∶5-15∶7-18混合配料,搅拌均匀,再加入步骤(1)制备的炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯和步骤(2)制备的巯基化的纳米SiO2,其中炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯、巯基化的纳米SiO2与聚偏氟乙烯树脂的重量比为1-6∶0.2-2.5∶2-15;

然后采用负压的方式进行脱泡,脱泡后制成的铸膜液放置于料罐中,于50-80℃保温;用重量比为5-15∶70-95的溶剂2∶水混合溶剂作为凝固浴进行循环,然后按照下述方法制备亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜:

1)将中空纤维内衬管依次通过涂膜装置和凝胶槽,然后缠绕于收丝轮上;

2)开启送丝机和收丝机,调节二者转速使装备运行,二者的速度均为6-25米/分,将料液加入反应釜中,然后向反应釜中加压,使料液通过料管向涂膜装置输送;

3)纤维内衬管在收丝机的牵引下,经过涂膜装置涂覆铸膜液后进入凝胶浴,纤维内衬管外表面上的料液发生浸没式相转化而凝胶定型,失去流动性,形成膜丝,通过收丝轮收集;

4)将膜丝在波长为200-400nm的紫外光下辐照,使巯基裂解产生硫自由基,引发加成反应;

5)将引发完全后的膜丝放入水槽中浸泡10-30h,彻底置换出溶剂和添加剂;

6)将膜丝进行干燥处理,得到所述亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜。

2.根据权利要求1所述的亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,

在反应器中添加溶剂1,之后将聚甲基丙烯酸羟乙酯、催化剂、4-戊炔酸加入反应器中,放入0℃的冰浴中反应,并且通入氮气保护;反应进行25-40min后,将脱水剂溶解于溶剂1中,并在55-70min内加入反应器中,室温下搅拌12-16h;其中,聚甲基丙烯酸羟乙酯、脱水剂、催化剂、4-戊炔酸用量的重量比为4-6∶6-9∶4-6∶5-8;所述溶剂1以体积份计的总用量与聚甲基丙烯酸羟乙酯以重量份计的比为11-15∶1;

之后,将反应液用纯水洗涤4-5次,抽滤,得到炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯。

3.根据权利要求1或2所述的亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,

所述脱水剂选自二环己基碳二亚胺或二氯乙烷;

所述催化剂选自4-二甲氨基吡啶或N-羟基邻苯二甲酰亚胺;

所述溶剂1选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。

4.根据权利要求3所述的亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,

所述脱水剂为二环己基碳二亚胺;

所述催化剂为4-二甲氨基吡啶;

所述溶剂1为N,N-二甲基甲酰胺;

所述聚甲基丙烯酸羟乙酯、脱水剂、催化剂、4-戊炔酸的重量比为5:7:5:6。

5.根据权利要求1所述的亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,

称取0.3-0.7重量份的纳米SiO2分散于含8-12体积份纯水的反应器中,然后加入15-22体积份的乙醇,超声分散18-25min后,通入氮气以去除反应器中的空气;量取0.3-0.8体积份的3-巯丙基三甲氧基硅烷与15-25体积份的乙醇,混合均匀后加入反应器中,并边搅拌边加入3-6体积份的氨水,在65-85℃下搅拌反应6-10h;

将反应器中的液体倒出,用乙醇清洗4-6次后离心,取出上清液,将沉淀物在烘箱中烘干,烘箱温度设定为45-60℃,得到巯基化的纳米SiO2,备用。

6.根据权利要求1或5所述的一种亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,

称量0.5重量份的纳米SiO2分散于含10体积份纯水的反应器中,然后加入20体积份的乙醇,超声分散20min后,通入氮气以去除反应器中的空气;量取0.5体积份的3-巯丙基三甲氧基硅烷与15体积份的乙醇,混合均匀后加入反应器中,并边搅拌边加入5体积份的氨水作为催化剂,在80℃下搅拌反应8h。

将反应器中的液体倒出,用乙醇清洗4次后离心,取出上清液,将沉淀物在烘箱中烘干,烘箱温度设定为50℃,即可得到巯基化的纳米SiO2,备用。

7.根据权利要求1所述的一种亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,

按照聚偏氟乙烯树脂∶溶剂2∶聚乙二醇添加剂∶聚乙烯吡咯烷酮添加剂按重量比15-20∶55-70∶8-12∶10-15混合配料,使用机械搅拌机搅拌均匀,再加入步骤(1)制备的炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯和步骤(2)制备的巯基化的纳米SiO2,其中炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯、巯基化的纳米SiO2与聚偏氟乙烯树脂的重量比为2-5∶0.7-1.5∶5-12;

然后采用负压的方式进行脱泡,脱泡后制成的铸膜液放置于料罐中,于65-75℃保温;用重量比为6-12∶80-92的溶剂2∶水混合溶剂作为凝固浴进行循环,然后按照下述方法制备亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜:

1)将拖拽纤维辊中的中空纤维内衬管依次通过涂膜装置和凝胶槽,然后缠绕于收丝轮上;

2)开启送丝机和收丝机,调节二者转速使装备运行,二者的速度均为10-20米/分,将料液加入反应釜中,然后向反应釜中加压,使料液通过料管向涂膜装置输送;

3)纤维内衬管在收丝机的牵引下,经过涂膜装置涂覆上料后进入凝胶浴,纤维内衬管外表面上的料液发生浸没式相转化而凝胶定型,失去流动性,形成膜丝,通过收丝轮收集;

4)将膜丝在波长为280-380nm的紫外光下辐照,使巯基裂解产生硫自由基,引发加成反应;

5)将引发完全后的膜丝放入水槽中浸泡15-28h,彻底置换出溶剂和添加剂;

6)将膜丝进行干燥处理,干燥的温度为18-30℃,干燥时间为8-15h,即得到所述亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜。

8.根据权利要求1或7所述的一种亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,

所述溶剂2选自二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮。

9.根据权利要求1、7-8任一项所述的一种亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,

按照聚偏氟乙烯树脂∶二甲基乙酰胺∶聚乙二醇添加剂∶聚乙烯吡咯烷酮添加剂按重量比18∶60∶10∶12混合配料,使用机械搅拌机搅拌均匀,再加入步骤(1)制备的炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯和步骤(2)制备的巯基化的纳米SiO2,其中炔基化的聚甲基丙烯酸羟乙酯、巯基化的纳米SiO2与聚偏氟乙烯树脂的重量比为3∶1∶9;

然后采用负压的方式进行脱泡,脱泡后制成的铸膜液放置于料罐中,于70℃保温;用重量比为10∶90的二甲基乙酰胺∶水混合溶剂作为凝固浴进行循环,然后按照下述方法制备亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜:

1)将拖拽纤维辊中的中空纤维内衬管依次通过涂膜装置和凝胶槽,然后缠绕于收丝轮上;

2)开启送丝机和收丝机,调节二者转速使装备运行,二者的速度均为15米/分,将料液加入反应釜中,然后向反应釜中加压,使料液通过料管向涂膜装置输送;

3)纤维内衬管在收丝机的牵引下,经过涂膜装置涂覆上料后进入凝胶浴,纤维内衬管外表面上的料液发生浸没式相转化而凝胶定型,失去流动性,形成膜丝,通过收丝轮收集;

4)将膜丝在波长为365nm的紫外光下辐照,使巯基裂解产生硫自由基,引发加成反应;

5)将引发完全后的膜丝放入水槽中浸泡24h,彻底置换出溶剂和添加剂;

6)将膜丝进行干燥处理,干燥的温度为22-28℃,干燥时间为10-15h,即得到所述亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的亲水性纳米杂化增强型中空纤维膜。

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