CN103127844A - 一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法，以聚间苯二甲酰间苯二胺为制膜原材料，与有机溶剂、致孔剂充分混合溶解后，加入纳米二氧化钛颗粒充分搅拌分散均匀，静置真空脱泡后采用浸入沉淀相转化法拉制成中空纤维纳滤膜。其中，制膜原液中聚间苯二甲酰间苯二胺的含量为10％～25wt.％，有机溶剂含量为50％～70wt.％，致孔剂含量为5％～25wt.％，纳米二氧化钛颗粒含量为0.5％～4wt.％。所制备的中空纤维纳滤膜接触角从原来的70°可降低到40°，同时具有较好的机械性能优异，拉伸强度可达到10.0MPa～18.0MPa，断裂伸长率在80％～150％范围。本发明工艺操作简单，不仅保留了聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜原来优良的特性，还很好增强了膜表面的亲水性，提高了膜的耐污染性，具有广泛的应用前景。

Description

一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维纳滤膜制备技术，特别涉及一种通过添加纳米二氧化钛颗粒提高纳滤膜的亲水耐污染性能。

背景技术

膜分离技术是一种新兴的处理技术，与传统的分离技术相比，它具有分离效率高、不污染环境、便于与其他技术集成等优点，已经被广泛应用于石油化工、电子、制药、食品、生化、环境、海水淡化等领域。并且以每年14％～30％的速度发展，有力的带动了其他相关行业的科技进步。纳滤膜分离技术作为膜分离技术中的一种，是介于超滤和反渗透技术之间的新型分离技术，它的截留分子量介于200～1000Da。纳滤膜与反渗透技术相比，它的操作压力更低，可降低能耗；与超滤膜技术相比，它可以去除超滤无法截留的盐以及低分子有机物。纳滤技术的出现填补了超滤和反渗透技术之间的空白，给膜分离技术的发展带来了新的动力。

纳滤作为一种压力驱动膜过程，在实际应用中不可避免地会面对膜污染问题，膜分离过程中污染物质吸附在膜表面及膜孔中从而造成膜的渗透通量衰减及膜的分离能力下降，并最终缩短膜的使用寿命，增加膜的操作和维护费用，极大的限制了膜的应用。因而，对高分子有机膜材料进行改性提高亲水性以增强膜的耐污染性能已经成为人们研究的热点。其中通过膜面改性提高膜的亲水性从而提高膜的耐污染性能已经成为研究学者们的一个方向。

采用纳米颗粒改性膜的亲水耐污染性能已经有文献和专利进行了报道。

CN1903417A介绍了用纳米二氧化钛颗粒改性芳香聚酰胺分离膜，所制备出的分离膜很好的改善了膜的表面能，增强了膜的亲水性，提高了膜的抗污染性能；CN1923347A公开了氧化铝颗粒/芳香聚酰胺共混分离膜的制备，所制备出的分离膜亲水性得到了提高，耐污染性得到了增强。目前，有关芳香聚酰胺类聚合物制备膜改性的专利很多，但基于以聚间苯二甲酰间苯二胺作为膜材料，通过添加纳米二氧化钛颗粒制备中空纤维纳滤膜，以提高膜的亲水耐污染性能技术未见报道。

本发明提出一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法，通过研究，优化并确定了制膜原液配方，提高了膜的亲水耐污染性能，另外，该法成膜工艺简单易实现工业化生产，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法。采用本发明技术，所制备出的中空纤维纳滤膜的接触角从70度左右降低至40度左右，提高了膜的抗污染能力。

本发明的主要技术内容在于：将充分干燥的聚间苯二甲酰间苯二胺溶解于有机溶剂与致孔剂的混合溶液中，待聚合物完全溶解后，在搅拌作用下加入纳米二氧化钛颗粒，然后充分搅拌使纳米二氧化钛颗粒均匀分散于铸膜溶液中。将上述溶液在恒温、真空条件下静置脱泡后，在氮气作用下，采用浸入沉淀相转化法纺制中空纤维纳滤膜，用芯液和纺丝原液经过喷丝头喷出成管状液膜，经过一定长度、一定温度的烘道蒸发后，进入凝胶浴中，凝胶固化后，卷绕在集丝轮上，得到中空纤维纳滤膜。

本发明所述的制膜原材料为聚间苯二甲酰间苯二胺，用量为10％～25wt.％。

本发明所述的有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜或者上述溶剂中任意两种以上的混合物，有机溶剂的用量为50％～70wt.％。

本发明所述的致孔剂为氯化锂、硝酸锂、高氯酸锂、氯化钙、氯化铵、丙酮、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或者上述致孔剂中任意两种以上的混合物，致孔剂的含量为5％～25wt.％。

本发明所述的纳米二氧化钛颗粒粒径为1nm～10μm，添加量为0.5％～4wt.％。

本发明所述的芯液组成为去离子水，或去离子水与二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜组成的混合物，其中去离子水的质量百分比为30％～100％。

本发明所述的凝胶浴组成为去离子水，或去离子水与乙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜组成的混合物，其中去离子水的质量百分比为30％～100％。

本发明所述的中空纤维纳滤膜的机械性能优异，拉伸强度可达到10MPa～18MPa，断裂伸长率在80％～150％范围，接触角在40°～50°范围。

具体实施方式

下面结合一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法，说明本发明的具体实施方式。

实施例1

称取180g充分干燥后的聚间苯二甲酰间苯二胺、750g二甲基乙酰胺、52g的无水氯化锂、混合于中空纤维膜纺丝机料罐中，设定溶解温度85℃，待聚合物完全溶解后，加入18g的纳米二氧化钛颗粒，充分搅拌，使纳米颗粒均匀分散于制膜溶液中。然后50℃下进行真空脱泡后拉制中空纤维纳滤膜。其中设定烘道长度为20cm，烘道温度为100℃，芯液、凝胶浴均为25℃的去离子水，得到的中空纤维纳滤膜的断裂伸长率112％，抗拉强度10.87MPa；接触角37.1°。

实施例2

称取200g完全干燥的聚间苯二甲酰间苯二胺、670g二甲基乙酰胺、50g无水氯化锂、60g的聚乙烯吡咯烷酮混合于中空纤维膜纺丝机料罐中，设定溶解温度85℃，待聚合物完全溶解后，加入28g的纳米二氧化钛颗粒，充分搅拌，使纳米颗粒均匀分散于制膜溶液中。然后50℃下进行真空脱泡后拉制中空纤维纳滤膜。其中设定烘道长度为10cm，烘道温度为120℃，芯液、凝胶浴均为25℃的去离子水，得到的中空纤维纳滤膜的断裂伸长率96％，抗拉强度12.05MPa；接触角26.2°。

实施例3

称取220g完全干燥的聚间苯二甲酰间苯二胺、650g二甲基乙酰胺、53g无水氯化锂、46g的聚乙二醇混合于中空纤维膜纺丝机料罐中，设定溶解温度85℃，待聚合物完全溶解后，加入32g的纳米二氧化钛颗粒，充分搅拌，使纳米颗粒均匀分散于制膜溶液中。然后50℃下进行真空脱泡后拉制中空纤维纳滤膜。其中设定烘道长度为10cm，烘道温度为120℃，芯液、凝胶浴均为25℃的去离子水，得到的中空纤维纳滤膜的断裂伸长率91％，抗拉强度12.50MPa；接触角21.2°。

Claims (8)

1.一种提高聚间苯二甲酰间苯二胺中空纤维纳滤膜亲水耐污染性能的方法，其特征在于：将充分干燥的聚间苯二甲酰间苯二胺溶解于有机溶剂与致孔剂的混合溶液中，待聚合物完全溶解后，在搅拌作用下加入纳米二氧化钛颗粒，然后充分搅拌使纳米二氧化钛颗粒均匀分散于铸膜溶液中。将上述溶液在恒温、真空条件下静置脱泡后，在氮气作用下，采用浸入沉淀相转化法纺制中空纤维纳滤膜，用芯液和纺丝原液经过喷丝头喷出成管状液膜，经过一定长度、一定温度的烘道蒸发后，进入凝胶浴中，凝胶固化后，卷绕在集丝轮上，得到中空纤维纳滤膜。

2.根据权利要求1所述的制膜原材料，其特征在于：为聚间苯二甲酰间苯二胺，用量为10％～25wt.％。

3.根据权利要求1所述的有机溶剂，其特征在于：为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜或者上述溶剂中任意两种以上的混合物，溶剂的用量为50％～70wt.％。

4.根据权利要求1所述的致孔剂，其特征在于：为氯化锂、硝酸锂、高氯酸锂、氯化钙、氯化铵、丙酮、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或者上述致孔剂中任意两种以上的混合物，用量为5％～25wt.％。

5.根据权利要求1所述的纳米二氧化钛颗粒，其特征在于：粒径为1nm～10μm，添加量为0.5％～4wt.％。

6.根据权利要求1所述的芯液，其特征在于：组成为去离子水，或去离子水与二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜按照一定配比的混合物，其中水的质量百分比为30％～100％，有机溶剂的质量百分比为0～70％。

7.根据权利要求1所述的凝胶浴，其特征在于：组成成分为去离子水，或者去离子水与乙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N一甲基-2-吡咯烷酮、环丁砜按照一定配比的混合物，其中水的质量百分比为30％～100％，有机溶剂的质量百分比为0～70％。

8.根据权利要求1所述的制备出的中空纤维纳滤膜，其特征在于：拉伸强度为10.0MPa～18.0MPa，断裂伸长率在80％～150％范围，接触角在40°～50°范围。