CN103831019A - 一种中空纤维纳滤膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空纤维纳滤膜，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：三醋酸纤维素（CTA）30%-40%，聚偏氟乙烯（PVDF）5%-10%，聚醚砜（PES）5%-10%，共混溶剂40%-50%，致孔剂8%-15%。本发明还包括上述中空纤维纳滤膜的制备方法。本发明所述的中空纤维纳滤膜及其制备方法，具有的有益效果为：耐化学稳定性强，耐微生物分解能力强；通量大，脱盐率高；抗压性能好，强度大，不断丝；易清洗，抗污染能力强，使用寿命长；综合工艺既回收物料又回收产水，适用范围广，经济和环境效益显著；能耗低，运行成本低；操作管理简便。

Description

一种中空纤维纳滤膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及膜分离领域，特别涉及一种中空纤维纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤(Nanofiltration，简称NF)是介于反渗透(RO)和超滤(UF)之间的一种膜分离技术，是近二三十多年发展较快的一项新技术。纳滤膜对溶质的截留性能介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤膜属于压力驱动膜，可在很低的操作压力下高效地脱除二价离子和分子量高于200的溶质，而对一价离子和低分子量物质的截留率只在20%～80%，因而达到对物质选择性分离的目的。NF膜技术在食品工业，化工医药业，饮用水行业，废水处理等领域有着广阔的应用前景。

目前商品化的纳滤膜大多在耐强酸强碱、耐有机溶剂、耐氧化剂性能方面表现较差，而且采用卷式膜组件容易污染，并且不易清洗，此外，大多还采用平板复合技术生产，步骤比较复杂，因此，寻找并实现低成本、高性能纳滤膜的制备是纳滤膜技术发展的主要出路。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较高的水通量和脱盐率，并且耐酸碱性能良好，抗污染能力强的中空纤维纳滤膜及其制备方法。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种中空纤维纳滤膜，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：三醋酸纤维素（CTA）30%-40%，聚偏氟乙烯（PVDF）5%-10%，聚醚砜（PES）5%-10%，共混溶剂40%-50%，致孔剂8%-15%。

进一步，所述共混溶剂为N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲基乙酸铵中的两种或三种组合。

进一步，所述致孔剂为磷酸三乙酯，磷酸三丁酯，聚乙二醇中的一种或几种。

本发明还包括上述中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将各组分混合均匀，在40-50℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至:50-70℃，充分搅拌，使聚合物溶解，待聚合物溶解后，进行过滤；

步骤2：过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡24-48h，得纺丝用液；

步骤3：然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使中空纤维基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间30-60min；

步骤4：再将上述挥发处理后的中空纤维基膜浸入5～25℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至中空纤维基膜充分凝胶，凝胶后经10-30℃水浸泡清洗30-40小时，得到中空纤维纳滤膜。

采用上述技术方案，本发明所述的中空纤维纳滤膜及其制备方法，具有良好的截流性能，抗压强度，耐化学稳定性，耐微生物分解性能，通量大，脱盐率较高，二价盐脱除率大于90%，一价盐脱除率可以达到65%，截留分子量200-1000，过滤孔径为1-2nm，分离效果明显，本发明制备过程简单安全，工序少，避免了一般制备方法中繁琐复杂的纳滤膜后处理工艺，制备得到的是一种高性能、低成本、长寿命的水处理用纳滤膜；具有的有益效果为：

1)耐化学稳定性强，耐微生物分解能力强；

2)通量大，脱盐率高；

3)抗压性能好，强度大，不断丝；

4)易清洗，抗污染能力强，使用寿命长；

5)综合工艺既回收物料又回收产水，适用范围广，经济和环境效益显著；

6)能耗低，运行成本低；

7)操作管理简便。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。

实施例1

取三醋酸纤维素（CTA）3.3kg，聚偏氟乙烯（PVDF）1.0kg，聚醚砜（PES）0.5kg，共混溶剂（环丁砜与二甲基乙酸铵组合）4.2kg，致孔剂（聚乙二醇）1kg。将上述各组分混合均匀，在45℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至60℃，充分搅拌，使聚合物溶解；待聚合物溶解后，进行过滤；过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡32h，得纺丝用液。然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间30min；再将上述挥发处理后的基膜浸入15℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至基膜充分凝胶；凝胶后经20℃水浸泡清洗30小时，得到中空纤维纳滤膜1，其截留分子量为200-350。

实施例2

取三醋酸纤维素（CTA）4.0kg，聚偏氟乙烯（PVDF）0.5kg，聚醚砜（PES）0.7kg，共混溶剂（N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲基乙酸铵组合）4.0kg，致孔剂（磷酸三丁酯）0.8kg。将上述各组分混合均匀，在40℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至70℃，充分搅拌，使聚合物溶解；待聚合物溶解后，进行过滤；过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡48h，得纺丝用液。然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间60min；再将上述挥发处理后的基膜浸入25℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至基膜充分凝胶；凝胶后经30℃水浸泡清洗40小时，得到中空纤维纳滤膜2，其截留分子量为350-500。

实施例3

取三醋酸纤维素（CTA）3.0kg，聚偏氟乙烯（PVDF）0.5kg，聚醚砜（PES）1.0kg，共混溶剂（环丁砜与二甲基乙酸铵组合）4.0kg，致孔剂（磷酸三乙酯，磷酸三丁酯，聚乙二醇组合）1.5kg。将上述各组分混合均匀，在50℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至50℃，充分搅拌，使聚合物溶解；待聚合物溶解后，进行过滤；过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡24h，得纺丝用液。然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间45min；再将上述挥发处理后的基膜浸入5℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至基膜充分凝胶；凝胶后经10℃水浸泡清洗35小时，得到中空纤维纳滤膜3，其截留分子量为500-800。

实施例4

取三醋酸纤维素（CTA）3.0kg，聚偏氟乙烯（PVDF）0.6kg，聚醚砜（PES）0.6kg，共混溶剂（N-甲基吡咯烷酮与二甲基乙酸铵组合）5.0kg，致孔剂（磷酸三乙酯与聚乙二醇组合）0.8kg。将上述各组分混合均匀，在45℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至70℃，充分搅拌，使聚合物溶解；待聚合物溶解后，进行过滤；过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡35h，得纺丝用液。然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间40min；再将上述挥发处理后的基膜浸入15℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至基膜充分凝胶；凝胶后经20℃水浸泡清洗30小时，得到中空纤维纳滤膜4，其截留分子量为800-1000。

将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4得到的中空纤维纳滤膜与常规纳滤膜分别用25～30℃，pH=2的HCl溶液和25～30℃，pH=12的NaOH溶液浸泡，然后分别测量水通量和脱盐率，从而进行耐酸碱性能对比；结果见下表一、表二。

表一

表二

由上表可知，采用本发明组分和方法制备的中空纤维纳滤膜比常规纳滤膜具有较高的水通量和脱盐率，并且耐酸碱性能良好，抗污染能力强，具有广阔的应用前景。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种中空纤维纳滤膜，其特征在于：以重量百分比计包括以下组分：三醋酸纤维素30%-40%，聚偏氟乙烯5%-10%，聚醚砜5%-10%，共混溶剂40%-50%，致孔剂8%-15%。

2.根据权利要求1所述的一种中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述共混溶剂为N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲基乙酸铵中的两种或三种组合。

3.根据权利要求1所述的一种中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述致孔剂为磷酸三乙酯，磷酸三丁酯，聚乙二醇中的一种或几种。

4.一种权利要求1-3任一权利要求所述的中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将各组分混合均匀，在40-50℃的恒温水浴箱内边加热边搅拌，使聚合物充分溶胀；然后升温至:50-70℃，充分搅拌，使聚合物溶解，待聚合物溶解后，进行过滤；

步骤2：过滤后的溶液倒入纺丝储料罐中静置脱泡24-48h，得纺丝用液；

步骤3：然后调节好计量泵速度、芯液流速及卷绕速度，用3C异形喷丝板成形，纺制中空纤维基膜；再使中空纤维基膜静置在空气浴中进行溶剂的挥发，静置时间30-60min；

步骤4：再将上述挥发处理后的中空纤维基膜浸入5～25℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至中空纤维基膜充分凝胶，凝胶后经10-30℃水浸泡清洗30-40小时，得到中空纤维纳滤膜。