亲水聚乙烯中空纤维膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及膜，具体地，涉及一种亲水聚乙烯中空纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、中空纤维膜与平板膜相比，装填密度更高，比表面积更大，且耐压性能好，膜组件结构简单，被广泛应用于饮用水净化、石油化工、食品加工、生物制药等领域。聚乙烯具有无毒、化学稳定，耐低温和耐大多数酸碱及有机溶剂等优点，且原料来源广泛，价格低廉，是一种重要的膜材料。但聚乙烯材料表面呈惰性和疏水性，在使用过程中易被污染，从而影响膜的分离效率和使用寿命。

2、目前，聚乙烯分离膜亲水改性最常用的方法有表面涂覆法、表面接枝法、共混法等。如专利cn102002768a首先合成了聚乙二醇接枝改性聚乙烯，然后利用共混熔融纺丝-拉伸法制备了聚乙烯中空纤维膜。专利cn1654113a同样利用共混熔融纺丝法制备了亲水性聚乙烯中空纤维膜。但这些方法存在亲水改性剂的合成条件苛刻、与成膜聚合物相容性差等问题，并且采用熔融纺丝-拉伸法制膜过程中受牵伸比、挤出温度、热处理温度等因素影响，对孔结构的调控较困难。专利cn102068918a利用热致相分离法制备了聚乙烯中空纤维膜，然后将二醋酸纤维素涂覆到纤维膜表面，该方法虽然操作简单，但改性层与膜表面结合力弱，稳定性差。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的聚乙烯中空纤维膜亲水改性困难，改性层与膜表面结合力弱，稳定性差等问题，提供一种亲水聚乙烯中空纤维膜及其制备方法和应用，该亲水聚乙烯中空纤维膜具有表面亲水层与中空纤维膜结合紧密，制备和改性方法简单，且亲水层被破坏后易于修复等优点。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种亲水聚乙烯中空纤维膜，所述聚乙烯中空纤维膜含有催化剂，所述催化剂具有催化两性离子单体在亲水聚乙烯中空纤维膜表面接枝，从而形成两性离子聚合物亲水层的作用。

3、本发明第二方面提供一种制备聚乙烯中空纤维膜的方法，所述方法包括：

4、(1)提供含有聚乙烯、催化剂、致孔剂和稀释剂的铸膜液；

5、(2)将铸膜液制成聚乙烯中空纤维膜；

6、(3)将聚乙烯中空纤维膜接枝两性离子聚合物，获得亲水聚乙烯中空纤维膜。

7、本发明第三方面提供第一方面提供的亲水聚乙烯中空纤维膜，或者，根据第二方面所述的方法制备获得的亲水聚乙烯中空纤维膜在膜生物反应器和/或油水分离中的应用。

8、通过上述技术方案，本发明能够取得如下有益效果：

9、(1)本发明提供的亲水聚乙烯中空纤维膜表面由两性离子聚合物形成的亲水层与膜层结合紧密，不易脱落。即使使用中亲水层受损，也可以采用将膜再次浸入两性离子单体水溶液中的方式进行修复，进一步延长了膜的使用寿命。

10、(2)本发明提供的方法通过将催化剂引入聚乙烯中空纤维膜中，进而利用催化剂催化过氧化氢分解产生的自由基，引发两性离子单体在膜表面聚合形成亲水层的方式，解决了聚乙烯中空纤维膜难以亲水改性的问题。而且，本发明提供的方法进行亲水改性的反应条件温和，操作简单，十分利于工业化大规模推广应用。

技术特征：

1.一种亲水聚乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述亲水聚乙烯中空纤维膜含有催化剂，所述催化剂具有催化过氧化氢分解产生自由基，进而引发两性离子单体在聚乙烯中空纤维膜表面接枝，从而形成两性离子聚合物亲水层的作用。

2.根据权利要求1所述的亲水聚乙烯中空纤维膜，其中，所述两性离子单体选自磷酰胆碱类化合物、羧酸甜菜碱类化合物和磺酸甜菜碱类化合物中的至少一种，优选选自2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、甲基丙烯酸酯羧酸甜菜碱、甲基丙烯酸酯磺酸甜菜碱中的至少一种；

3.根据权利要求1或2所述的亲水聚乙烯中空纤维膜，其中，所述亲水聚乙烯中空纤维膜的水接触角为0-10°；

4.一种制备亲水聚乙烯中空纤维膜的方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述铸膜液中，聚乙烯的含量为5-25重量％，催化剂的含量为5-20重量％，致孔剂的含量为5-20重量％，稀释剂的含量为45-85重量％；

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述聚乙烯选自高密度聚乙烯和/或超高分子量聚乙烯，

7.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(2)中，制备聚乙烯中空纤维膜的步骤依次包括：纺丝、固化、萃取、水洗和干燥；

8.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(3)中，接枝两性离子聚合物的方式为将聚乙烯中空纤维膜浸入两性离子单体水溶液中，使得聚乙烯中空纤维膜表面接枝两性离子聚合物形成的亲水层；

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述两性离子单体水溶液包括过氧化氢0.2-1重量％，两性离子单体1-10重量％，其余为水，优选所述两性离子单体水溶液的ph为2-6；

10.权利要求1-3中任意一项所述的亲水聚乙烯中空纤维膜，或者，根据权利要求4-9中任意一项所述的方法制备获得的亲水聚乙烯中空纤维膜在膜生物反应器和/或油水分离中的应用。

技术总结
本发明涉及膜技术领域，公开了一种亲水聚乙烯中空纤维膜及其制备方法和应用。所述亲水聚乙烯中空纤维膜含有催化剂，所述催化剂具有催化过氧化氢分解产生自由基，进而引发两性离子单体在聚乙烯中空纤维膜表面接枝，从而形成两性离子聚合物亲水层的作用。本发明提供的亲水聚乙烯中空纤维膜制备和改性方法简单，其表面由两性离子聚合物形成的亲水层与膜丝结合紧密，易于修复。有效解决了聚乙烯中空纤维膜难以亲水改性，亲水改性效果差或稳定性差等问题，拓宽了聚乙烯中空纤维膜的应用范围。

技术研发人员：李韶华,奚振宇,张新妙,刘轶群
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11