木质素-聚氯乙烯共混超滤膜及制备方法与流程

本发明涉及一种用木质素-聚氯乙烯共混超滤膜及制备方法，属于共混膜的制备技术。

背景技术：

超滤是一种新型的分离技术，其以膜为媒介，在压力的驱动下通过孔径的筛分的作用达到分离的目的。由于超滤在操作过程中没有相变而节能，仅仅依靠压力的驱动作用实现分离而被广泛应用在各个领域。在超滤膜的实际应用中不可避免的是膜污染的问题。膜污染即在超滤膜实现物料浓缩、分离过程时，物料中的胶束、悬浮颗粒物以及微生物等会自发地与膜表面产生物理、化学等相互作用，造成膜表面污染物吸附以及膜孔道堵塞，使得超滤膜的料液通量以及分离性能受到影响。超滤膜污染现象主要是由于污染物与膜表面之间的相互作用引起的，其中包括疏水作用、静电作用等。抗污染超滤膜的制备主要目标就是减弱这些作用力抑制污染物的粘附。

膜性能与膜主体材料本身联系密切，选取合适的膜主体材料是制备超滤膜的前提和关键。制备超滤膜常见的高分子材料有聚丙烯腈，聚砜，聚偏氟乙烯等。其中，聚氯乙烯(pvc)具有良好的耐酸碱性能，耐化学腐蚀、阻燃性以及耐候性，特别是其价格低廉等优点，因此在我国的超滤膜领域存在较大的市场。但聚氯乙烯材料为疏水材料，如前所述，会造成污染物因疏水作用力的沉淀吸附而影响其性能，限制其使用。针对pvc材料的改性方法主要有共混改性，共聚改性以及表面改性等。目前，大量研究致力于将两亲性大分子添加剂加入到pvc中，由于其两亲特性，既能够保证了与膜主体材料具有一定的相容性，又能够通过调节制膜过程中各种参数使得两亲性大分子添加剂的功能链段能够迁移到膜表面，最大程度改善膜的性能。但两亲性大分子的制备过程冗长，合成步骤复杂，成本高昂，限制其进一步的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种亲水、耐污染，通量较大的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

本发明的第二个目的是提供一种成本低的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取干燥的木质素加入溶剂中，在80～260w、30～80℃的条件下，间歇超声处理共0.5～5h；

2)向步骤1)获得的溶液中加入干燥的聚氯乙烯，搅拌，使聚氯乙烯溶解；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量比为1:2～20；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与溶剂的质量比为1：5～8；

3)向步骤2)获得的溶液中加入制孔剂，在90～150w，40～80℃的间歇超声0.5～4h，继续搅拌10～15h；静置脱泡10～72h，得到铸膜溶胶液；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与制孔剂的质量比为1：0.1～0.8；

4)使用制膜设备，将所述铸膜溶胶液涂成平板或拉伸成中空纤维，放置5～100s，置于20～80℃的水中，浸泡24-48小时，得到木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

木质素干燥的条件选选：在50～100℃的温度下干燥2～12h。

溶剂优选：四氢呋喃、二甲基甲酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、n,n-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。

优选地，步骤1)所述间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min。

优选地，聚氯乙烯的聚合度800。

聚氯乙烯的干燥条件优选：在40～100℃的温度下干燥2～12h。

制孔剂优选为聚乙二醇200、聚乙二醇1000、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂或聚乙二醇2000。

优选地，步骤3)所述间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min。

上述方法制备的一种木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

本发明的优点是：

1.本发明在制备铸膜溶胶液的过程中通过强化传质传热手段，使木质素和聚氯乙烯能够相溶。

2.木质素易得，成本低，且包含大量的亲水基团，能够有效地提高聚氯乙烯超滤膜的亲水性和耐污染性能；

3.膜通量大，在0.1mpa下的处理纯水通量达到387.56l/(m²·h)，处理含油废水的通量达到186.55l/(m²·h)。

附图说明

图1为实施例1制得的聚氯乙烯(pvc)超滤膜的扫描电子显微镜(sem)断面图。

图2为实施例2制备的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的sem断面图。

图3为实施例2制备的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的sem表面图。

图4为实施例2制备的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的表面粒径统计图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1(对照)：

聚氯乙烯(pvc)超滤膜的制备：

取聚合度为800的聚氯乙烯(pvc)粉料放入真空干燥箱中，在80℃的条件下连续干燥14h。取13g干燥后的聚氯乙烯和50ml的四氢呋喃(thf)加入到三口烧瓶中，在85℃的温度下，170r/min的超声搅拌40min，加热回流并使聚氯乙烯粉末完全溶解，加2ml的聚乙二醇1000(peg1000)，继续搅拌和回流12h，静置脱泡30h，使用制膜设备，将制备好的溶胶涂成平板，放置40s，置于60℃的水中，浸泡36小时，得到聚氯乙烯(pvc)超滤膜。

经测试，聚氯乙烯(pvc)超滤膜厚度为0.124mm，孔隙率78.0％，平均孔径16.7nm，水接触角101.73°，在0.1mpa下的处理纯水通量105.60l/(m²·h)，处理含油废水的通量50.06l/(m²·h)，油的截留率为55.06％。

实施例2

一种木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取干燥的木质素加入四氢呋喃中，在150w、50℃的条件下，间歇超声处理共3h；

其中：木质素干燥的条件是在80℃的温度下干燥8h；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

2)向步骤1)获得的溶液中加入干燥的聚合度800聚氯乙烯，搅拌，使聚氯乙烯溶解；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量比为1:10；木质素与聚氯乙烯的质量之和与溶剂的质量比为1：6；

其中：聚氯乙烯的干燥条件是在80℃的温度下干燥8h；

3)向步骤2)获得的溶液中加入聚乙二醇1000，在120w，60℃的间歇超声2h，继续搅拌12h；静置脱泡48h，得到铸膜溶胶液；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与聚乙二醇1000的质量比为1：0.5；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

4)使用制膜设备，将所述铸膜溶胶液涂成平板，放置50s，置于60℃的水中，浸泡36小时，得到木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

经测试制备得到的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜厚度为0.121mm，孔隙率为89.2％，平均孔径22.8nm，水接触角45.62°，在0.1mpa下处理纯水通量387.56l/(m²·h)，处理含油废水的通量186.55l/(m²·h)，油的截留率为99.12％。

实施例3

一种木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取干燥的木质素加入二甲基甲酰胺中，在80w、80℃的条件下，间歇超声处理共5h；

其中：木质素干燥的条件是在50℃的温度下干燥12h；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

2)向步骤1)获得的溶液中加入干燥的聚合度800聚氯乙烯，搅拌，使聚氯乙烯溶解；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量比为1:2；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与二甲基甲酰胺的质量比为1：5；

其中：聚氯乙烯的干燥条件是在40℃的温度下干燥12h；

3)向步骤2)获得的溶液中加入聚乙二醇200，在90w，80℃的间歇超声4h，继续搅拌10h；静置脱泡10h，得到铸膜溶胶液；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与聚乙二醇200的质量比为1：0.1；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

4)使用制膜设备，将所述铸膜溶胶液涂成平板，放置5s，置于20℃的水中，浸泡48小时，得到木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

经测试制备得到的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜厚度为0.132mm，孔隙率为80.1％，平均孔径19.7mm，水接触角54.10°，在0.1mpa下处理纯水通量260.51l/(m²·h)，处理含油废水的通量88.66l/(m²·h)，油的截留率为86.95％。

实验证明，用丙酮、n,n-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜替代本实施例中的二甲基甲酰胺，其它同本实施例，制备的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的性质与本实施例的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜相似。

实验证明，用氯化锂或聚乙二醇2000替代本实施例中的聚乙二醇200，其它同本实施例，制备的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的性质与本实施例的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜相似。

实施例4

一种木质素-聚氯乙烯共混超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

1)取干燥的木质素加入n-甲基-2-吡咯烷酮中，在260w、30℃的条件下，间歇超声处理共0.5h；

其中：木质素干燥的条件是在100℃的温度下干燥2h；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

2)向步骤1)获得的溶液中加入干燥的聚合度800聚氯乙烯，搅拌，使聚氯乙烯溶解；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量比为1:20；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为1：8；

其中：聚氯乙烯的干燥条件是在100℃的温度下干燥2h；

3)向步骤2)获得的溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，在150w，40℃的间歇超声0.5h，继续搅拌15h；静置脱泡72h，得到铸膜溶胶液；所述木质素与所述聚氯乙烯的质量之和与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：0.8；

间歇超声，设定超声时间为5min，间歇时间1min；

4)使用制膜设备，将所述铸膜溶胶液拉伸成中空纤维，放置100s，置于80℃的水中，浸泡24小时，得到木质素-聚氯乙烯共混超滤膜。

经测试制备得到的木质素-聚氯乙烯共混超滤膜厚度为0.155mm，孔隙率为85.2％，平均孔径20.1nm，水接触角50.26°，在0.1mpa下处理纯水通量355.37l/(m²·h)，处理含油废水的通量132.45l/(m²·h)，油的截留率为91.06％。