一种耐溶剂型磺化聚芳醚酮超滤膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子分离膜技术领域，具体设及一种耐溶剂型横化聚芳酸酬超滤膜 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 超滤膜分离技术，是W超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当待处理的料液接触 膜表面时，只允许水W及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩提纯 的目的，作为一种膜分离技术，超滤膜能够有效的截留悬浮颗粒、胶体、大分子W及藻类和 细菌等，因此在诸多方面得到应用，其中包括饮用水处理、环境保护、纺织、制药和食品等行 业。虽然超滤膜技术的发展已经较为成熟，但仍然还有很多不足需要克服，各种各样的膜材 料也并非十全十美，因此新的膜材料开发是十分必要的，必将推动膜分离技术向更深的层 次发展。
[0003] 现实中生产的超滤膜大多溶于有机溶剂，在工业污水处理等恶劣环境下，工业污 水中含有的复杂溶剂会对超滤膜有一定的损伤，破坏膜结构，使其性能与使用寿命下降，而 聚芳酸酬类聚合物具有优良的综合性能，如耐热性能、耐有机溶剂性和成膜性好等，同时横 化后又能提高基体材料的亲水性，对膜的性能有所提升，可W实现W有机溶剂为介质的物 质分离。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种耐溶剂型横化聚芳酸酬(庞金辉，张海博，姜振华.聚 芳酸酬树脂的分子设计与合成及性能.高分子学报.2013,6(6) :705-721)超滤膜及制备方 法，所述的横化聚芳酸酬的结构式如下所示：
[0006] m = 70%~90%，表示该链段在重复单元中所占的摩尔分数。
[0007] 本发明提出的一种横化聚芳酸酬材料的超滤膜，W横化聚芳酸酬为基膜材料，W 聚乙締化咯烧酬(PVP)为成孔剂，是将横化聚芳酸酬和聚乙締化咯烧酬溶于质量分数95~ 98%的浓硫酸中配置成铸膜液，其中横化聚芳酸酬的质量分数为6%~15%，PVP的质量分 数为3%~8%;然后将铸膜液采用非溶剂诱导的相转化方法制备而得厚度为190~220微米 的超滤膜。
[000引本发明所述的一种耐溶剂型横化聚芳酸酬超滤膜的制备方法，其步骤如下：
[0009] (1)铸膜液配制
[0010] 将横化聚芳酸酬与PVP(聚乙締化咯烧酬)溶解在质量分数95~98%的浓硫酸中， 横化聚芳酸酬的质量分数为6%~15%、聚乙締化咯烧酬的质量分数为3%~8%，再在20~ 60°C下揽拌溶解10~15h，室溫下静置脱泡后得到均匀的铸膜液；
[00川 （2)超滤膜制备
[0012] 将步骤(1)中所配制的铸膜液倒在洁净的玻璃板上，刮制成膜，经5~60s挥发后放 入20~30°C去离子水浴中凝固成膜，然后在24h内更换4~5次水浴，使残留溶剂与可溶性添 加剂充分去除，得到厚度为190~220微米的超滤膜。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明制备方法过程简单易操作，所制备的 超滤膜在较低的改性剂添加下使超滤膜保持较优良通量的同时膜的耐有机溶剂性能优异， 可广泛用于水处理。
【附图说明】
[0014] 图1(1)为实施例2所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂超滤膜渗透通量随时间变化曲 线；
[0015] 图1(2)是实施例2耐溶剂超滤膜的在有机溶剂NMP(N-甲基化咯烧酬)浸泡2天后的 膜效果图，膜结构保持完整，说明其优良的耐有机溶剂性；
[0016] 图1(3)为实施例2所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂超滤膜的扫描电子显微镜表面图 与截面图，其中A(I)与A(2)为实施例2所得超滤膜的表面不同局域的电子扫面显微镜图，可 W看出膜表面分布小孔，B(I)与B(2)为实施例2所得超滤膜的截面不同局域电子扫描显微 镜图，可W看到有非对称的指针状孔道结构；
[0017] 图2(1)为实施例3所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂超滤膜渗透通量随时间变化曲 线；
[0018] 图2 (2)是实施例3耐溶剂超滤膜的在有机溶剂NMP (N-甲基化咯烧酬)浸泡2天后的 膜效果图，膜结构保持完整，说明其优良的耐有机溶剂性；
[0019] 图2(3)为实施例3所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂超滤膜的扫描电子显微镜表面与 截面图，其中A(I)与A(2)为实施例3所得超滤膜的表面不同局域的电子扫面显微镜图，可W 看出膜表面分布小孔，B(I)与B(2)为实施例3所得超滤膜的截面不同局域电子扫描显微镜 图，可W看到有非对称的指针状孔道结构；
[0020] 图3为本发明中横化聚芳酸酬聚合物的傅里叶变换红外光谱图，1225cnfi是O = S = 0键的不对称伸缩振动峰，l〇79cnfi是O = S = O键的对称伸缩振动峰，1019cnfi是S = O键的伸 展吸收峰，709cnfi是S-O键的对称伸缩振动峰，由此可知聚合物上成功街上了横酸基团， 1648cnfi是与苯环相连的酬基的特征峰；
[0021] 图4为横化聚芳酸酬聚合物的X射线衍射图，可W明显的看出结晶峰的存在，说明 该聚合物为结晶聚合物，而其良好的结晶为聚合物提供了优良的耐溶剂性能；
[0022] 表1:横化聚芳酸酬超滤膜在多种溶剂中的溶解性能。
[0024] -表示不溶，+表示溶解
[0025] 具体实施办式
[0026] 下面结合具体实施例对本发明进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明 进行解释说明，并不用W限制本发明。
[0027] 实施例1:
[002引称取Ig的m为90%的横化聚芳酸酬，0.5g PVP(聚乙締化咯烧酬)溶于8.5mL的质量 分数98%浓硫酸中，在30°C下揽拌12h，配置成均相铸膜液，将所制的铸膜液在室溫下静置 脱泡化。将所配铸膜液倒在洁净的玻璃板上，用洁净的刀片刮制成膜，经30s挥发，放入25°C 去离子水浴中凝固成膜，此后在24h内更换5次水浴，使残留溶剂与可溶性添加剂充分去除， 得到厚度为190~220微米超滤膜。
[0029] 将实施例1制备得到的横化聚芳酸酬超滤膜经过电镜分析，膜孔分布均匀，成膜性 能良好，由于基体材料为聚芳酸酬，赋予了膜良好的耐溶剂及耐热性能，表现了较高的通量 恢复性能。所制得的膜用死端过滤的方法测通量，当操作压力为0.1 MPa时，膜的纯水通量为 420L/m2h，截流效果较好，用牛血清蛋白模拟污染物污染后，膜表面进过去离子水冲洗的清 洗，具有71 %的通量恢复率。
[0030] 实施例2:
[0031] 与实施例1基本相同，不同仅在于:PVP改为0.375g，浓硫酸改为6.25mL，最终制备 得到厚度190~220微米横化聚芳酸酬超滤膜。
[0032] 将实施例2得到的超滤膜进行下述测试:经过电镜分析，膜孔分布均匀，成膜性能 良好，膜在死端过滤中通量随时间变化趋势如图1(1)所示。当操作压力为0.1 MPa时，膜的纯 水通量为28化/ nfh，截流效果较好，用牛血清蛋白模拟污染物污染后，膜表面进过去离子水 冲洗的清洗，具有73%的通量恢复率，图1(2)示出了实施例2耐溶剂型超滤膜的耐溶剂效 果。图1(3)为实施例2所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂超滤膜的扫描电子显微镜表面图与截 面图，其中A(I)与A(2)为实施例2所得超滤膜的表面不同局域的电子扫面显微镜图，可W看 出膜表面分布小孔，且分布均匀，膜表层为超滤膜提供分离性能，B(I)与B(2)为实施例2所 得超滤膜的截面不同局域电子扫描显微镜图，可W看到有非对称的指针状孔道结构。
[0033] 实施例3:
[0034] 与实施例1基本相同，不同仅在于:PVP改为0.3g，浓硫酸改为4.9mL，最终制备得到 厚度为190~220微米超滤膜。
[0035] 将实施例3得到的耐溶剂型超滤膜进行下述测试:经过电镜分析，膜孔分布均匀， 成膜性能良好，膜在死端过滤中通量随时间变化趋势如图2(1)所示。当操作压力为0.1 MPa 时，膜的纯水通量为14化/nfh,截流效果良，用牛血清蛋白模拟污染物污染后，膜表面进过 去离子水冲洗的清洗，具有78 %的通量恢复率，图2( 2)示出了实施例3耐溶剂型超滤膜的耐 溶剂效果。图2(3)为实施例2所制备的横化聚芳酸酬耐溶剂型超滤膜的扫描电子显微镜表 面图与截面图，其中A(I)与A(2)为实施例3所得超滤膜的表面不同局域的电子扫面显微镜 图，可W看出膜表面分布小孔，且分布均匀，同时膜表层存在物质团簇现象，A(I)可W明显 看出膜表面存在的团簇凸起，B(I)与B(2)为实施例3所得超滤膜的截面不同局域电子扫描 显微镜图，可W看到有非对称的指针状孔道结构
[0036] 实施例4:
[0037] 与实施例1基本相同，不同仅在于:PVP改为0.25g，浓硫酸改为4mL，最终制备得到 厚度为190~220微米的横化聚芳酸酬超滤膜。
[0038] 将实施例4得到的耐溶剂型超滤膜进行下述测试:经过电镜分析，膜孔分布较均 匀，孔径小，该比例下孔径由超滤转为纳滤，膜在死端过滤中测通量当操作压力为0.1 M化 时，膜的纯水通量为38L/m2h，用牛血清蛋白模拟污染物污染后，膜表面进过去离子水冲洗 的清洗，具有100 %的通量恢复率，由于孔径转为纳滤膜，牛血清蛋白截流效果最好。
【主权项】
1. 一种耐溶剂型横化聚芳酸酬超滤膜的制备方法，其步骤如下： (1) 铸膜液配制 将结构式如下所示的横化聚芳酸酬与聚乙締化咯烧酬溶解在质量分数95~98%的浓 硫酸中，横化聚芳酸酬的质量分数为6 %~15%、聚乙締化咯烧酬的质量分数为3 %~8%， 再在20~60°C下揽拌溶解10~15h，室溫下静置脱泡后得到均匀的铸膜液；m=70%~90%，表示该链段在重复单元中所占的摩尔分数； (2) 超滤膜制备 将步骤(1)中所配制的铸膜液倒在洁净的玻璃板上，刮制成膜，经5~60s挥发后放入20 ~30°C去离子水浴中凝固成膜，然后在24h内更换4~5次水浴，使残留溶剂与可溶性添加剂 充分去除，得到厚度为190~220微米的超滤膜。2. -种耐溶剂型横化聚芳酸酬超滤膜，其特征在于：由权利要求1所述的方法制备得 到。
【专利摘要】一种耐溶剂型磺化聚芳醚酮超滤膜及其制备方法，属于高分子分离膜技术领域。超滤膜是以磺化聚芳醚酮为基膜材料，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成孔剂，是将磺化聚芳醚酮和聚乙烯吡咯烷酮溶于质量分数95～98％的浓硫酸中配置成铸膜液，其中磺化聚芳醚酮的质量分数为6％～15％，PVP的质量分数为3％～8％；然后将铸膜液采用非溶剂诱导的相转化方法制备而得厚度为190～220微米的超滤膜。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明制备方法过程简单易操作，所制备的超滤膜在较低的改性剂添加下使超滤膜保持较优良通量的同时膜的耐有机溶剂性能优异，可广泛用于水处理。
【IPC分类】C02F1/44, B01D67/00, B01D71/52, B01D61/14
【公开号】CN105582819
【申请号】CN201610048058
【发明人】庞金辉, 荣国龙, 李文科, 林黎明, 李丹琦, 张振鹏
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月25日