专利名称：一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子分离膜，具体是指一种高性能的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法。
背景技术：
纳滤膜是孔径介于反渗透膜和超滤膜之间的一种新型分离膜，由于其具有纳米级的膜孔径、膜上多带电荷，允许低分子盐通过而截留较高分子量的有机物和多价离子，具有独特的分离性能、更高的分离精度。与其它分离膜相比，纳滤膜具有膜通量更大、过程渗透压低、选择分离离子、操作压力低、系统的动力要求低等特点。目前，纳滤膜技术已被广泛应用于水软化和苦咸水淡化、饮用水净化、物料分离纯化和浓缩、废水处理和中水回用、清洁生产等领域，取得了很好的经济和社会效益。纳滤膜品种按结构分主要有复合结构纳滤膜与不对称结构纳滤膜两种；前者是将一层超薄功能层沉积到孔径适当的微孔支撑膜表面，沉积方式主要有表面涂覆，界面缩聚和就地聚合等，通常采用二次成型法来制备；后者是直接采用溶液相转化法，通过一次成型法制备。与不对称结构纳滤膜相比，复合结构纳滤膜具有以下优点(1)支撑层与复合分离层可分别进行优化，从而达到最佳性能；( 可以将一些难以形成不对称结构的膜材料制备纳滤；(3)渗透通量与选择分离性能通常高于不对称结构纳滤膜。目前，商业化的纳滤膜大都是复合结构的纳滤膜，通常是在聚砜等多孔支撑膜上， 通过多元胺和多元酰氯之间的界面缩聚制备而成的。例如，Fibiger等在1987年的US Patent4, 769，148中，先通过溶液相转化法制备多孔支撑膜，然后在多孔支撑膜表面，通过为含哌嗪功能单体和湿润剂的水相溶液，与含交联剂均苯三甲酰氯有机相溶液之间的界面聚合制备复合结构纳滤膜。Cadotte等在1989年的US Patent 4，812，270中，采用三步法制备复合结构纳滤膜；首先制备多孔膜作为复合结构纳滤膜的支撑层，然后通过界面聚合在多孔膜表面复合上一层分离层，最后通过强酸处理工艺对复合层结构与性能进行调控， 获得复合结构纳滤膜。界面聚合所采用的水相为含间苯二胺功能单体和湿润剂的水溶液， 有机相含交联剂均苯三甲酰氯。此外，专利US Patent 5, 152, 90UUS Patent 5，693，227、 US Patent 6，123，804、US Patent6, 464, 873>US Patent6, 536, 605>US Patent 6，878，278 等也是采用二步法工艺，通过在多孔膜表面的多元胺与多元酰氯之间的界面聚合反应来制备复合结构纳滤膜。但是，与不对称结构纳滤膜的一步成型工艺相比，复合结构纳滤膜的二次成型法制备工艺，使其的制造成本相对较高，严重制约了复合结构纳滤膜的实际推广应用。另外， 目前普遍使用的聚酰胺类复合纳滤膜的抗污染与耐氯杀菌剂的性能较差，导致该类膜的使用寿命较短，降低了该类膜的运行效率。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种原料易得、价格低廉、易于制备、选择分离性能优越的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜。本发明是通过下述技术方案得以实现的一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，将醋酸纤维素中空纤维反渗透膜在氢氧化钠水溶液中浸泡，用水洗涤后，再在氯乙酸溶液中浸泡，然后再用水洗涤，得到中空纤维纳滤膜；上述醋酸纤维素中空纤维反渗透膜是用冻胶纺丝方法制备而得，具体为首先将干燥的二醋酸纤维素和三醋酸纤维素按质量比为1 4-6的比例混合均勻，加入到以环丁砜为主增塑剂、以聚乙二醇为主添加剂组成混合溶液，控制醋酸纤维素混合物的质量占混合溶液质量的30-40wt%之间，环丁砜占混合溶液质量的65-55%，聚乙二醇占混合溶液质量的5%;将混合溶液升温至120-150°C，搅拌3-6小时后迅速降温切片出料，将料存放于密闭容器中，在室温下存放12小时以上，待混合料充分松弛和粒料表面无粘性后即可纺丝制膜；制膜设备采用螺杆纺丝机，纺丝温度在180-230°C之间，纺丝速度在250-400米/分之间，凝固浴温度在10-40°C之间；制备的中空纤维膜丝经水洗与40-90°C的热处理后即可得到孔径在0. 1-1. Onm之间的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜；上述的氢氧化钠水溶液的浓度为0. 01-2. Omol/L，控制温度为5_50°C，浸泡时间为1-120分钟；上述氯乙酸溶液的质量浓度为0. 01-10. 0wt%，温度为5-45°C，浸泡时间为1-300分钟。作为优选，上述的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，所述的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜的孔径在0. 3-0. 5nm之间。作为优选，上述的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，所述的氢氧化钠水溶液的浓度为0. 05-1. Omol/L，温度为25_40°C，浸泡时间为40-60分钟。作为优选，上述的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，所述的氯乙酸溶液的浓度为0. 5-2. 0wt%，温度为25-40°C，浸泡时间为30-100分钟。有益效果与现有技术比较，本发明通过用氢氧化钠溶液与氯乙酸溶液对醋酸纤维素中空纤维反渗透膜进行处理，使得醋酸纤维素中空纤维反渗透膜的渗透通量和选择分离性能大大提高，具有很好的纳滤分离特性，发明的高性能醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的选择分离性能和渗透性能不低于现有纳滤膜。本发明还具有制备方法简单、原料易得、制造成本低的特点。本发明不但可应用于水处理，而且还可应用于各种特种分离领域，为纳滤膜的应用拓展更广的领域。
具体实施例方式下面对本发明的实施作具体说明以下实施例给出高性能醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的说明、制备方法以及它们的分离性能。然而，这些实施例仅仅是提供作为说明而不是限定本发明。醋酸纤维素中空纤维反渗透膜制备采用冻胶纺丝方法制备醋酸纤维素中空纤维反渗透膜，在本发明中，首先将充分干燥的二醋酸纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)按一定比例混合均勻，加入到以环丁砜为主增塑剂、以聚乙二醇(PEG)为主添加剂，控制醋酸纤维素的含量在30-40wt%之间，升温至120-150°C，充分搅拌3_6小时后迅速降温切片出料，将料存放于密闭容器中，在室温下存放12小时以上，待混合料充分松弛和粒料表面无粘性后即可纺丝制膜。制膜设备采用螺杆纺丝机，纺丝温度在180-230°C之间，纺丝速度在250-400米/分之间，凝固浴温度在10-40°C之间。制备的中空纤维膜丝经充分水洗与热处理G0-90°C )后即可得到孔径在0. 1-1. Onm之间的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜。醋酸纤维素中空纤维纳滤膜制备将湿态的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜，先浸入到一定浓度和温度的氢氧化钠水溶液中进行水解，一定时间后取出用清水漂洗干净，然后再将水解后的醋酸纤维素中空纤维膜浸入到一定浓度和温度的氯乙酸溶液中，一定时间后取出用蒸馏水对膜进行彻底洗涤，即可得到醋酸纤维素中空纤维纳滤膜。其中，氢氧化钠水溶液的浓度为0. 01-2. Omol/ L，温度为5-50°C，浸泡时间为1-120分钟；氯乙酸溶液的浓度为0.01-10. 0wt%，温度为 5-45°C，浸泡时间为1-300分钟。中空纤维膜分离性能评价溶质脱除率和水通量是评价中空纤维反渗透/纳滤膜分离性能的两个重要参数。通过错流渗透试验，对醋酸纤维素中空纤维膜的氯化钠脱除率、 硫酸钠脱除率和水通量等分离性能进行评价。溶质脱除率(R)定义为在一定的操作条件下，进料液溶质浓度(Cf)与渗透液中溶质浓度(Cp)之差，再除以进料液溶质浓度。具体计算公式如下
权利要求
1.一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，将醋酸纤维素中空纤维反渗透膜在氢氧化钠水溶液中浸泡，用水洗涤后，再在氯乙酸溶液中浸泡，然后再用水洗涤，得到中空纤维纳滤膜；上述醋酸纤维素中空纤维反渗透膜是用冻胶纺丝方法制备而得，具体为首先将干燥的二醋酸纤维素和三醋酸纤维素按质量比为1 4-6的比例混合均勻，加入到以环丁砜为主增塑剂、以聚乙二醇为主添加剂组成混合溶液，控制醋酸纤维素混合物的质量占混合溶液质量的30-40wt%之间，环丁砜占混合溶液质量的65-55%，聚乙二醇占混合溶液质量的 5% ；将混合溶液升温至120-150°C，搅拌3-6小时后迅速降温切片出料，将料存放于密闭容器中，在室温下存放12小时以上，待混合料充分松弛和粒料表面无粘性后即可纺丝制膜； 制膜设备采用螺杆纺丝机，纺丝温度在180-230°C之间，纺丝速度在250-400米/分之间，凝固浴温度在10-40°C之间；制备的中空纤维膜丝经水洗与40-90°C的热处理后即可得到孔径在0. 1-1. Onm之间的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜；上述的氢氧化钠水溶液的浓度为0.01-2. Omol/L，控制温度为5_50°C，浸泡时间为 1-120分钟；上述氯乙酸溶液的质量浓度为0.01-10. 0wt%，温度为5-45°C，浸泡时间为1-300分钟。
2.根据权利要求1所述的一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于， 所述的醋酸纤维素中空纤维反渗透膜的孔径在0. 3-0. 5nm之间。
3.根据权利要求1所述的一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于， 所述的氢氧化钠水溶液的浓度为0. 05-1. Omol/L，温度为25_40°C，浸泡时间为40-60分钟。
4.根据权利要求1所述的一种醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于， 所述的氯乙酸溶液的浓度为0. 5-2. 0wt%，温度为25-40°C，浸泡时间为30-100分钟。
全文摘要
本发明涉及一种高分子分离膜，具体是指一种高性能的醋酸纤维素中空纤维纳滤膜的制备方法，其特点是将醋酸纤维素中空纤维反渗透膜在氢氧化钠水溶液中浸泡，用水洗涤后，再在氯乙酸溶液中浸泡，然后再用水洗涤，得到中空纤维纳滤膜。本发明通过用氢氧化钠溶液与氯乙酸溶液对醋酸纤维素中空纤维反渗透膜进行处理，使得醋酸纤维素中空纤维反渗透膜的渗透通量和选择分离性能大大提高，具有很好的纳滤分离特性。本发明还具有制备方法简单、原料易得、制造成本低的特点。本发明不但可应用于水处理，而且还可应用于各种特种分离领域，为纳滤膜的应用拓展更广的领域。
文档编号B01D71/16GK102389718SQ201110297279
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者俞三传, 刘梅红 申请人:浙江理工大学