一种增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法

本发明涉及膜分离，具体涉及一种增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法。

背景技术：

1、印染废水具有色度高、含盐率大、化学需氧量(cod)高及毒性强(生物难降解)等特点，已被公认为是一种复杂、有毒、难处理的工业有机废水。膜分离技术与传统工艺耦合逐级分离可实现印染废水的高效处理，其中染料脱盐深度处理(染/盐精准分离)是实现印染废水资源化利用的关键。

2、疏松纳滤膜孔径一般在2～5nm之间，介于传统纳滤与超滤之间，分离机理包括尺寸筛分机理及荷电效应，其对小分子染料具有较高的截留率而对无机盐具有较高的透过率，可高效地将印染废水中的染料和无机盐进行分离，在染料脱盐深度处理领域具有很大的应用潜力。目前报道的疏松纳滤膜制备方法多为两步法，一种是通过相转化法或热致相分离法等制备基膜；另一种是在基膜上进行改性，包括界面聚合、接枝、沉积以及层层自组装等，这种两步法制备过程相对复杂且连续化制备难度大。

3、与平板或卷式膜相比，中空纤维膜具有单位体积装填密度高、集成膜组件时不需要支撑体、过滤面积大、占地面积小、成本相对低等优势，而且实验室用中空纤维膜组件与工业规模膜组件的流体流动形式、分离效果等差别较小，重现性较好，易于放大生产。一般均质中空纤维疏松纳滤膜在较高操作压力时易被压扁、压实，孔结构易被破坏，造成渗透通量衰减，且抗弯折和抗拉伸性能差。中国发明专利公开号cn 110201546a公开了一种染料脱盐耐压型中空纤维疏松纳滤膜及其制备方法，该中空纤维膜包括由外至内的聚醚砜皮层、指状孔支承层和纤维股绳增强体，膜的力学性能明显提升，但分离层与增强体的结合强度小，是需要解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、能够连续大规模实施的增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，所制备的中空纤维疏松纳滤膜强度较高、分离性能较好。

2、为此，本发明采用以下技术方案：

3、一种增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1，将成膜聚合物、致孔剂、添加剂、表面活性剂、溶剂搅拌溶解后置于纺丝釜中，经真空脱泡后制成均一的纺丝溶液；其中，各物质的质量分数如下：

5、

6、所述成膜聚合物为聚砜、聚醚砜或磺化聚砜；

7、所述添加剂为go、mxene、mof中的一种。

8、s2，将纤维编织管经等离子体在线处理后与所述纺丝溶液在喷丝头中复合，经凝固浴固化成形、卷绕得到初生中空纤维膜；其中：所述喷丝头为嵌入式，编织管导向管嵌入喷丝成型孔1～5mm。优选的是，所述等离子体为大气式，功率为250～300w，喷枪距离为1～5mm，喷枪气压为0.08～0.15mpa，处理速度为5～10m/min。

9、纤维编织管在进入喷丝头与所述纺丝溶液复合前，通过大气等离子设备对编织管进行在线处理，可清洗掉编织管表面的污质并降低其表面能，能够提高纺丝溶液与编织管的结合强度。

10、s3，将所述初生中空纤维膜充分水洗以去除致孔剂，然后放入甘油水溶液中浸泡，晾干后制得增强型中空纤维疏松纳滤膜。

11、优选的是，步骤s1中，升温至60～80℃进行搅拌溶解；真空脱泡的时间为1～3h。

12、优选的是，步骤s1中所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮。

13、上述的步骤s1中，所述致孔剂选用聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，分子量为1000～50000。

14、所述表面活性剂为吐温系列表面活性剂，优选吐温80。

15、上述的步骤s2中，所述纤维编织管的纤维选自聚酯纤维或聚酰胺纤维，采用钩编或编织形式，纤维编织管的外径为1.4～2mm，壁厚为0.2～0.5mm，密度为20～40目。由于聚酰胺纤维表面能较低，亲水性好，所以优选采用聚酰胺纤维编织管。

16、上述的步骤s2中，所述凝固浴为水，温度为0～25℃，空气浴高度为5～25cm。

17、上述方法制备的增强型中空纤维疏松纳滤膜，其断裂强度为140～170mpa，爆破强度为0.3～0.5mpa，水接触角为60°～80°，分离层孔径大小为2～5nm，渗透通量为100～200lm-2h-1，刚果红截留率为99％以上，一价盐离子透过率为90％以上，可实现染/盐精准高效分离。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1.本发明的制备方法优先采用低表面能的聚酰胺纤维制备编织管，并通过等离子体在线处理纤维编织管增强体，对其进行清洗并进一步降低其表面能，同时使用嵌入式喷丝头将纺丝溶液挤压入编制管中，实现了连续大规模制备高(结合)强度中空纤维疏松纳滤膜，能够完全满足使用过程对膜丝力学性能的要求；

20、2.本发明的制备方法，在纺丝过程中纤维编织管腔体内部无需使用芯液，外部分离层及纺丝溶液嵌入编织管的厚度可控，制备过程操作简单、易行，稳定性强；

21、3.本发明的制备方法采用亲水添加剂来改善膜表面的亲水性及调控膜孔结构，改善了中空纤维疏松纳滤膜的抗污染性能，提高了其分离性能。

技术特征：

1.一种增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述等离子体为大气式，功率为250～300w，喷枪距离为1～5mm，喷枪气压为0.08～0.15mpa，处理速度为5～10m/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，升温至60～80℃进行搅拌溶解；真空脱泡的时间为1～3h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，分子量为1000～50000。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述表面活性剂为吐温，优选吐温80。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述纤维编织管为聚酯纤维编织管或聚酰胺纤维编织管，采用钩编或编织形式制成，纤维编织管的外径为1.4～2mm，壁厚为0.2～0.5mm，密度为20～40目。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述纤维编织管为聚酰胺纤维编织管。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述凝固浴为水，温度为0～25℃，空气浴高度为5～25cm。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，甘油水溶液的浓度为20-40wt％。

技术总结
本发明公开了一种增强型中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，包括：S1，将成膜聚合物、致孔剂、添加剂、表面活性剂、溶剂搅拌溶解，并置于纺丝釜真空脱泡调制成均一的纺丝溶液；S2，将纤维编织管经等离子体在线处理后与纺丝溶液在喷丝头中复合，经凝固浴固化成形、卷绕得到初生中空纤维膜；S3，将初生中空纤维膜充分水洗去除致孔剂，后放入甘油水溶液中浸泡，晾干后制得增强型中空纤维疏松纳滤膜。本发明的制备方法有效增强了中空纤维疏松纳滤膜的通量、截留率、强度和长期运行稳定性，实现了染/盐精准高效分离。

技术研发人员：冀大伟,肖长发,田徐泳,马禧贤,薛昊龙,陈凯凯,闫静静,王纯,孙光武
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16