CN103191655A - 一种复合中空纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合中空纤维膜及其制备方法，一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层，在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层上交联有聚乙二醇交联层，所述的聚乙二醇交联层为海绵状结构。一种复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：聚乙二醇溶液的配置、聚乙二醇的交联反应，表面活性剂的加入、过滤脱泡制得铸膜液、复合膜的形成。本发明的一种复合中空纤维膜在中空纤维膜基层上交联有致密的交联层，具有拉伸强度高、截留率高的优点；一种复合中空纤维膜的制备方法具有过程简单、安全、有效、容易控制的优点。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合中空纤维膜及其制备方法。
背景技术
传统污水再生处理技术存在着出水质量不高、占地大、稳定性差等缺点。膜分离技术具有能耗低、过程简单、分离效率高、无环境污染等优点，是解决当代能源、资源和环境问题的重要高新技术，是其它任何一种化工分离技术无法替代的，其应用已涉足化工、食品、医药、生化、环保等领域，对节约能源、提高效率、净化环境等做出了重要贡献，被国外称为二十一世纪最有发展前途的十大高新技术之一。
但现有的中空纤维膜普遍存在拉伸强度差的缺点，且膜通量虽然能够保障，但是普遍存在截留率不高的缺点，出水很难达到国家饮用水标准，市场前景不佳。为了增强其拉伸强度和提高截留率，可以选择使用复合中空纤维膜，但现有的复合中空纤维膜的成型工艺复杂，比较难以实现，并带有一定的危险性。
发明内容
针对现有技术中空纤维膜存在拉伸强度差、截留率不高、复合膜成型工艺复杂的缺陷，本发明提供一种拉伸强度高、截留率高且工艺简单、安全、有效、容易控制的复合中空纤维膜及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层，在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层上交联有聚乙二醇交联层，所述的聚乙二醇交联层为海绵状结构。在中空纤维多孔膜的表面形成均匀致密的聚乙二醇交联层能提高膜的整体强度，提高截留率。
作为优选，所述的聚乙二醇交联层厚度为15-25um。此厚度能有效提高膜的拉伸强度。
一种复合中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚乙二醇溶解在60℃~80℃的去离子水中，维持温度搅拌2~3小时，配成质量百分比为14%~18%的聚乙二醇溶液；
2）取500克聚乙二醇溶液加热至70~85℃，搅拌并加入质量为5g~15g的交联剂马来酸酐及质量为1.5g~6g的催化剂三甲胺，继续维持温度搅拌，直至混合液澄清透明，得到交联反应后的膜液；
3）往交联反应后的膜液中加入质量为10g~20g的表面活性剂，搅拌均匀，将得到的混合液进行过滤、脱泡处理得到铸膜液；
4）将聚偏氟乙烯中空纤维膜置于铸膜液中浸泡1~3小时后在室温下放置8~12小时晾干，再放入烘箱80℃干燥3~4小时、100℃干燥2~3小时后得到聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜。
此制备方法包括聚乙二醇溶液的配置、聚乙二醇的交联反应，表面活性剂的加入、过滤脱泡制得铸膜液、复合膜的形成等步骤，过程简单、安全、有效、容易控制。
作为优选，步骤3）所述的表面活性剂为司班80、吐温80、吐温60。表面活性剂选择余地大，活性效果好。
本发明的一种复合中空纤维膜在中空纤维膜基层上交联有致密的交联层，具有拉伸强度高、截留率高的优点；一种复合中空纤维膜的制备方法具有过程简单、安全、有效、容易控制的优点。
附图说明
图1为本发明所述一种复合中空纤维膜的制备方法实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合图1与具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层，在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层上交联有聚乙二醇交联层，所述的聚乙二醇交联层为海绵状结构。所述的聚乙二醇交联层厚度为15um。
一种复合中空纤维膜的制备方法，如图1所示的工艺流程，包括以下步骤：
1）将聚乙二醇溶解在60℃的去离子水中，维持温度搅拌3小时，配成质量百分比为14%的聚乙二醇溶液；
2）取500克聚乙二醇溶液加热至80℃，搅拌并加入质量为5g的交联剂马来酸酐及质量为1.5g的催化剂三甲胺，继续维持温度搅拌，直至混合液澄清透明，得到交联反应后的膜液；
3）往交联反应后的膜液中加入质量为10g的表面活性剂司班80，搅拌均匀，将得到的混合液进行过滤、脱泡处理得到铸膜液；
4）将聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜（以N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，采用相转化法在40℃的水中凝胶制得）置于铸膜液中浸泡1小时后在室温下放置8小时晾干，再放入烘箱80℃干燥3小时、100℃干燥2 小时后得到聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜。
采用数显推拉力计对传统的PVDF中空超滤膜（外径1.4mm，内径0.7mm）和同规格的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜进行拉伸强度的对比测试：传统的PVDF中空纤维复合膜的拉伸强度为3.5N，而本实施例中制得的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜拉伸强度达到5.5N。
使用膜评价仪测量膜的截留率，所使用的溶液是浓度为1×10-4的BSA水溶液，在0.1MPa下运行一段时间，待压力稳定后收集透过液。用UV-2450紫外可见分光光度计测定在280mn处的吸光度，进而测出截留率。此法测得的传统PVDF中空纤维复合膜截留率为96.2%。测得此实验制的复合中空纤维膜的截留率为99.8%。
实施例2
一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层，在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层上交联有聚乙二醇交联层，所述的聚乙二醇交联层为海绵状结构。所述的聚乙二醇交联层厚度为20um。
一种复合中空纤维膜的制备方法，如图1所示的工艺流程，其特征在于：包括以下步骤：
1）将聚乙二醇溶解在70℃的去离子水中，维持温度搅拌2小时，配成质量百分比为16%的聚乙二醇溶液；
2）取500克聚乙二醇溶液加热至70℃，搅拌并加入质量为10g的交联剂马来酸酐及质量为3g的催化剂三甲胺，继续维持温度搅拌，直至混合液澄清透明，得到交联反应后的膜液；
3）往交联反应后的膜液中加入质量为15g的表面活性剂吐温80，搅拌均匀，将得到的混合液进行过滤、脱泡处理得到铸膜液；
4）将聚偏氟乙烯中空纤维膜（以磷酸三乙酯为溶剂,采用相转化法在45℃的水中凝胶制得）置于铸膜液中浸泡2小时后在室温下放置10小时晾干，再放入烘箱80℃干燥3.5小时、100℃干燥2.5 小时后得到聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜。
采用数显推拉力计对传统的聚偏氟乙烯（PVDF）中空超滤膜（外径1.4mm，内径0.7mm）和同规格的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜进行拉伸强度的对比测试：传统的PVDF中空纤维复合膜的拉伸强度为4N，而本实施例中制得的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜拉伸强度达到6N。
使用膜评价仪测量膜的截留率，所使用的溶液是浓度为1×10-4的BSA水溶液，在0.1MPa下运行一段时间，待压力稳定后收集透过液。用UV-2450紫外可见分光光度计测定在280mn处的吸光度，进而测出截留率。此法测得的传统PVDF中空纤维复合膜截留率为95.8%。测得此实验制的复合中空纤维膜的截留率为99.8%。
实施例3
一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层1，在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层1上交联有聚乙二醇交联层2，所述的聚乙二醇交联层2为海绵状结构。所述的聚乙二醇交联层2厚度为25um。
一种复合中空纤维膜的制备方法，如图1所示的工艺流程，包括以下步骤：
1）将聚乙二醇溶解在80℃的去离子水中，维持温度搅拌2.5小时，配成质量百分比为18%的聚乙二醇溶液；
2）取500克聚乙二醇溶液加热至85℃，搅拌并加入质量为15g的交联剂马来酸酐及质量为6g的催化剂三甲胺，继续维持温度搅拌，直至混合液澄清透明，得到交联反应后的膜液；
3）往交联反应后的膜液中加入质量为20g的表面活性剂吐温60，搅拌均匀，将得到的混合液进行过滤、脱泡处理得到铸膜液；
4）将聚偏氟乙烯中空纤维膜（以N-甲基甲酰胺为溶剂，采用相转化法在30℃的水中凝胶制得）置于铸膜液中浸泡3小时后在室温下放置12小时晾干，再放入烘箱80℃干燥4小时、100℃干燥3 小时后得到聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜。
采用数显推拉力计对传统的聚偏氟乙烯（PVDF）中空超滤膜（外径1.4mm，内径0.7mm）和同规格的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜进行拉伸强度的对比测试：传统的PVDF中空纤维复合膜的拉伸强度只有4.5N，而本实施例中制得的聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜拉伸强度达到7N。
使用膜评价仪测量膜的截留率，所使用的溶液是浓度为1×10-4的BSA水溶液，的BSA水溶液，在0.1MPa下运行一段时间，待压力稳定后收集透过液。用UV-2450紫外可见分光光度计测定在280mn处的吸光度，进而测出截留率。此法测得的传统PVDF中空纤维复合膜截留率为96.5%。测得此实验制的复合中空纤维膜的截留率为99.9%。
综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (4)
1.一种复合中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯中空纤维膜基层，其特征在于：在所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜基层上交联有聚乙二醇交联层，所述的聚乙二醇交联层为海绵状结构。
2.根据权利要求1所述的一种复合中空纤维膜，其特征在于：所述的聚乙二醇交联层厚度为15-25um。
3.一种复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将聚乙二醇溶解在60℃~80℃的去离子水中，维持温度搅拌2~3小时，配成质量百分比为14%~18%的聚乙二醇溶液；
2）取500克聚乙二醇溶液加热至70~85℃，搅拌并加入质量为5g~15g的交联剂马来酸酐及质量为1.5g~6g的催化剂三甲胺，继续维持温度搅拌，直至混合液澄清透明，得到交联反应后的膜液；
3）往交联反应后的膜液中加入质量为10g~20g的表面活性剂，搅拌均匀，将得到的混合液进行过滤、脱泡处理得到铸膜液；
4）将聚偏氟乙烯中空纤维膜置于铸膜液中浸泡1~3小时后在室温下放置8~12小时晾干，再放入烘箱80℃干燥3~4小时、100℃干燥2~3 小时后得到聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜。
4.根据权利要求2所述的一种复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的表面活性剂为司班80、吐温80、吐温60。
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| CN2013101108273A CN103191655A (zh) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | 一种复合中空纤维膜及其制备方法 |
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