CN104437135A - 一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜及其制法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纤维膜技术领域，公开了一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜及其制法与应用。该法为将含炔基卤化物与Kevlar纳米纤维分散体反应，再加入抗坏血酸钠、饱和硫酸铜溶液与水溶性高分子进行点击反应；再加入有机溶剂、助剂、强碱，加热分散，得到分散体；加入成孔剂，分散均匀，涂膜，蒸发溶剂，凝胶浴中浸泡，水中浸泡，热处理，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；最后将支撑层先后浸泡于间苯二胺的水溶液和均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，反应；晾干，热处理，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。所制备的正渗透膜强度高，水流通量高，盐截留率高，分离效果好，应用于水处理的领域。
Description
技术领域
本发明属于纤维膜技术领域，涉及一种复合正渗透膜，特别涉及一种高强度、水通量较高、盐截留率好的亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜及其制法与应用。
背景技术
正渗透膜分离技术在国际上得到大量研究，使得其在食品、医药、能源，污水提纯及海水淡化领域，饮用水稀缺条件下军队、紧急救援所用到的水合袋等方面有着很广泛的应用前景。但目前使用的正渗透膜材料强度不高,需要较厚的支撑层才能满足使用要求,使得膜的浓差极化现象严重，水通量不高，盐截留率低，分离效果尚不能满足应用要求。
Kevlar纤维具有高比强度、高比模量和优异的耐热性能以及耐化学腐蚀，质轻等特点，是目前比强度最高的高分子材料之一。在所需强度一定的条件下，若以Kevlar纤维作为正渗透膜的支撑层材料，可以大大降低支撑层材料的厚度。但从分子结构上看，Kevlar纤维尽管具有极性较强的酰胺基团，但其亲水性有待提高。因此，对Kevlar纤维进行亲水性改性，使之制备的正渗透膜既具有高强度，又具有高水通量和高盐截留率的工作具有广泛前景。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法。通过该制备方法所制得的复合正渗透膜强度高、水通量高并且盐截率好。
本发明另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
本发明再一目的在于提供上述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜在水处理中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将Kevlar纤维溶于有机溶剂中，加入助剂和强碱，加热搅拌分散，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入含炔基卤化物，于30～60℃反应8～10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于有机溶剂中，加入抗坏血酸钠、饱和硫酸铜溶液与水溶性高分子进行点击反应，纯化后，得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将步骤(1)中的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于有机溶剂中，加入助剂和强碱，加热搅拌分散，得到纤维分散体；然后加入成孔剂，搅拌分散均匀，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为80～250um膜，在25～120℃下蒸发溶剂1～10min，放入凝胶浴中浸泡，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡去除成孔剂，再于40～200℃热处理2～8h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于间苯二胺(MPD)的水溶液中15～30min；然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液中，反应30～120s；再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，晾干，于70～100℃热处理10～20min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
步骤(1)中所述有机溶剂与Kevlar纤维的质量比为(4～16)：(100～200)。
步骤(1)中所述有机溶剂为极性较强的有机溶剂。
优选地，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中的至少一种。
步骤(1)中所述助剂为碱金属盐。
优选地，氯化锂和氯化钙中的至少一种。
步骤(1)中所述助剂用量为有机溶剂质量的2～3％。
步骤(1)中所述强碱为无机碱或有机碱。
优选地，氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢化甲(KH)、氢化钠(NaH)、二异丙基氨基锂(LDA)、乙醇钠、四乙基氢氧化铵和叔丁醇钾中的至少一种。
步骤(1)中所述强碱的用量为Kevlar纤维质量的1～3倍。
步骤(1)中所述含炔基卤化物为溴代丙炔、氯代丙炔、5-氯-1-戊炔、1-溴-2-丁炔中的至少一种。
步骤(1)中所述含炔基卤化物的用量为Kevlar纤维质量的5～20％。
步骤(1)中所述水溶性高分子为聚乙二醇单甲醚叠氮物(m-PEG-N3)、聚氧化乙烯叠氮物(PEO-N3)和聚丙烯酸叠氮物(PA-N3)中的至少一种。
步骤(1)中所述水溶性高分子的用量为Kevlar纤维质量的5～20％。
步骤(1)中所述抗坏血酸钠的用量为Kevlar纤维质量的5～20％。
步骤(1)中所述饱和硫酸铜溶液的用量为Kevlar纤维质量的5～20％。
步骤(1)中所述加热搅拌分散的条件为于30～50℃搅拌12～24h。
步骤(1)中所述点击反应的条件为于30～50℃反应6～10h。
步骤(2)中所述的有机溶剂为极性有机溶剂。
优选地，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中的至少一种。
步骤(2)中所述亲水聚合物改性Kevlar纤维与有机溶剂的质量比为(4～16)：(100～200)。
步骤(2)中所述助剂为碱金属盐，优选氯化锂和氯化钙中的至少一种。
步骤(2)中所述助剂的用量为有机溶剂质量的2～2.5％。
步骤(2)中所述强碱为无机碱或有机碱。
优选地，氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢化甲(KH)、氢化钠(NaH)、二异丙基氨基锂(LDA)、乙醇钠、四乙基氢氧化铵和叔丁醇钾中的至少一种。
步骤(2)中所述强碱的用量为亲水聚合物改性Kevlar纤维质量的0.5～3倍。
步骤(2)中所述成孔剂为分子量为1000的聚乙二醇(PEG-1000)、分子量为600的聚乙二醇(PEG-600)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP-15)中的至少一种。
步骤(2)中所述成孔剂的用量为亲水聚合物改性Kevlar纤维质量的5～50％。
步骤(2)中所述加热搅拌分散的条件为于30～50℃搅拌12～24h。
步骤(2)中所述搅拌分散均匀的条件为以200～300rpm的转速搅拌12～14h。
步骤(2)中所述凝胶浴的组分为DMSO/蒸馏水；DMSO与蒸馏水的体积比为10：90。
步骤(2)中所述放入凝胶浴中浸泡的时间为10～60min。
步骤(2)中所述凝胶膜在水中浸泡的时间16～24h。
步骤(3)中所述间苯二胺(MPD)的水溶液的浓度为18g/L～25g/L。
步骤(3)中所述均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液的浓度为2g/L～5g/L。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明的正渗透膜采用高强度的Kevlar作为支撑层，膜强度高，支撑层薄，浓差极化现象大大降低；
(2)本发明的正渗透膜采用经过亲水聚合物改性的Kevlar纤维制备支撑层，膜的水通量高，盐截留率高，分离效果好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将12重量份Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在160重量份DMSO中，加入3.2重量份的氯化锂和24重量份的氢氧化钾，于30℃搅拌分散12h(搅拌的转速为200rpm)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入0.6重量份的溴代丙炔，于30℃反应10h，加水沉淀纯化2h，得到纯化物；将纯化物溶于160重量份有机溶剂(DMSO)中；再加入0.6重量份抗坏血酸钠、0.6重量份饱和硫酸铜溶液与0.6重量份m-PEG-N3进行点击反应(于30℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将12重量份亲水聚合物改性Kevlar纤维全部溶于160重量份DMSO中，加入3.2重量份的氯化锂和24重量份的氢氧化钾，30℃搅拌分散12h(200rpm的搅拌速度)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入2.4重量份的PEG-1000，搅拌分散均匀(以200rpm搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为100um膜，在25℃下蒸发溶剂10min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡30min，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡24h,去除PEG-1000；将凝胶膜捞出，在70℃进行热处理8h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为18g/L的MPD的水溶液中25min；然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为2g/L的TMC的正己烷溶液中，反应30s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干1min，然后在70℃下热处理15min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT 1040.3-2006进行测试，复合正渗透膜拉伸强度为139MPa。
过滤性能测试：在0.2MPa下过滤纯水，测试复合正渗透膜的水通量；所得膜的水通量为58.8L/m2h，截留率为95.58％。
实施例2
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将16重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在200重量份的DMSO中，加入5重量份的氯化锂和32重量份的叔丁醇钾，40℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入1.6重量份的氯代丙炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化2h后，得到纯化物；将纯化物溶于200重量份有机溶剂(DMSO)中，再加入1.6重量份的抗坏血酸钠、1.6重量份饱和硫酸铜溶液与1.6重量份的PEO-N3进行点击反应(40℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将16重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维全部溶于200重量份的DMSO中，加入5重量份的氯化锂和32重量份的叔丁醇钾，40℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入4.8重量份的PVP-15，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为150um膜，在55℃下蒸发溶剂4min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡40min，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡24h去除PVP-15；将凝胶膜捞出后，于70℃进行热处理8h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为18g/L的MPD的水溶液中15min，然后再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为5g/L的TMC的正己烷溶液中，反应50s后，将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干1min，然后在90℃下热处理15min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT 1040.3-2006进行测试，复合正渗透膜拉伸强度为150MPa。
过滤性能测试：在0.2MPa下过滤纯水，测试复合正渗透膜的水通量；所得膜的水通量分别为53.5L/m2h，截留率为97.83％。
实施例3
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将9重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在160重量份的DMF中，加入3.2重量份的氯化钙和18重量份的NaOH，50℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；随后加入0.63重量份的5-氯-1-戊炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于160重量份有机溶剂(DMF)中，加入0.63重量份的抗坏血酸钠、0.63重量份饱和硫酸铜溶液与0.63重量份的PEO-N3进行点击反应(50℃下点击反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将9重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于160重量份的DMF中，加入3.2重量份的氯化锂和27重量份的NaOH，50℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到纤维分散体；向纤维分散体重加入0.9重量份的PEG-1000，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为80um膜，在75℃下蒸发溶剂3min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡60min，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡24h去除PEG-1000，将凝胶膜捞出后，于50℃进行热处理4h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为25g/L的MPD的水溶液中15min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为3g/L的TMC的正己烷溶液中，反应60s，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干2min，然后在75℃下热处理12min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，正渗透膜拉伸强度为145MPa。
过滤性能测试：在0.2MPa下过滤纯水，测试复合正渗透膜的水通量；所得膜的水通量为62.0L/m2h，截留率为97.37％。
实施例4
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将16重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在200重量份的DMAC中，加入6重量份的氯化锂和32重量份的LDA，40℃搅拌分散12h(以300rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体加入3.2重量份的1-溴-2-丁炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于200重量份有机溶剂(DMAC)中，再加入3.2重量份的抗坏血酸钠、3.2重量份的饱和硫酸铜溶液与3.2重量份的PEO-N3进行点击反应(40℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将16重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于200重量份的DMAC中，加入4重量份的氯化锂和16重量份的LDA，40℃搅拌分散12h(以300rpm转速搅拌)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入5.6重量份的PEG-600，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为250um膜，在120℃下蒸发溶剂5min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡45min，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡24h去除PEG-600，将凝胶膜捞出后，于200℃进行热处理2h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为20g/L的MPD的水溶液中18min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为4g/L的TMC的正己烷溶液中，反应100s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干3min，然后在100℃下热处理20min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，正渗透膜拉伸强度为169MPa。
过滤性能测试：在0.2MPa下过滤纯水，测试复合正渗透膜的水通量；所得膜的水通量为60.2L/m2h，截留率为99.52％。
实施例5
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将10重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在200重量份的NMP中，加入5重量份的氯化锂和20重量份的KH，40℃搅拌分散12h(以300rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入1.5重量份的1-溴-2-丁炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于200重量份有机溶剂(NMP)中，再加入1.5重量份的抗坏血酸钠、1.5重量份饱和硫酸铜溶液与1.5重量份的PA-N3进行点击反应(40℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维。
(2)亲水性Kevlar支撑层的制备：
将10重量份的亲水性改性Kevlar纤维溶于200重量份的NMP中，加入5重量份的氯化锂和5重量份的KH，40℃搅拌分散12h(以300rpm的转速搅拌)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入1重量份的PEG-1000，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为150um膜，在80℃下蒸发溶剂7min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡35min，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡24h去除PEG-1000，捞出，将凝胶膜于60℃进行热处理5h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为22g/L的MPD的水溶液中20min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为5g/L的TMC的正己烷溶液中，反应90s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干3min，然后在85℃下热处理15min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，正渗透膜拉伸强度为136MPa。
过滤性能测试：在0.2MPa下过滤纯水，测试复合正渗透膜的水通量；所得膜的水通量分别为61.5L/m2h，截留率为98.89％。
实施例6
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将16重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在200重量份的DMSO中，再加入4重量份的氯化锂和32重量份的NaH，50℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入1.44重量份的5-氯-1-戊炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于200重量份有机溶剂(DMSO)中，再加入2.88重量份的抗坏血酸钠、2.88重量份的饱和硫酸铜溶液与2.88重量份的PA-N3进行点击反应(50℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维。
(2)亲水性Kevlar支撑层的制备：
将16重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于200重量份的DMSO中，加入4重量份的氯化锂和40重量份的NaH，50℃搅拌分散12h(以200rpm的转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入4重量份的PEG-1000，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为100um膜，在25℃下蒸发溶剂10min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡30min，得到凝胶膜，放入水中浸泡24h去除PEG-1000，将凝胶膜捞出后，于100℃进行热处理4h得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为25g/L的MPD的水溶液中30min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为5g/L的TMC的正己烷溶液中，反应30s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干3min，然后在90℃下热处理20min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，复合正渗透膜拉伸强度为166MPa。
过滤性能测试：纯水在0.2MPa下预压30min，然后过滤800mg/L的PEG-2000，复合正渗透膜的通量为64.5L/m2h，截留率为98.92％。
实施例7
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将10重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在100重量份的DMSO中，加入2重量份的氯化锂和20重量份的乙醇钠，35℃搅拌分散12h(以300rpm转速搅拌)，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入1重量份的氯代丙炔，30℃反应10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于100重量份有机溶剂(DMSO)中，再加入1重量份的抗坏血酸钠、1重量份饱和硫酸铜溶液与1重量份的m-PEG-N3进行点击反应(35℃反应6h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar支撑层的制备：
将10重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于100重量份的DMSO中，加入2重量份的氯化锂和30重量份的乙醇钠，35℃搅拌分散12h(以300rpm转速)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入0.5重量份的PVP-15，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为150um膜，在40℃下蒸发溶剂10min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡50min，得到凝胶膜，放入水中浸泡24h去除PVP-15，将凝胶膜捞出后，于40℃进行热处理8h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层。
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于浓度为24g/L的MPD的水溶液中15min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为2.5g/L的TMC的正己烷溶液中，反应105s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干1.5min，然后在75℃下热处理14min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，复合正渗透膜拉伸强度为158MPa。
过滤性能测试：纯水在0.2MPa下预压30min，然后过滤800mg/L的PEG-1000，复合正渗透膜的通量为60.6L/m2h，截留率为90.56％。
实施例8
一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将12重量份的Kevlar纤维(Dupont公司产品)溶解在160重量份的DMSO中，加入3.2重量份的氯化钙和24重量份的四乙基氢氧化铵，于40℃搅拌分散12h(300rpm的转速)，得到Kevlar纳米纤维分散体；随后加入1.44重量份的溴代丙炔，于30℃反应10h，加水沉淀纯化2h后，得到纯化物；将纯化物溶于160重量份有机溶剂(DMSO)中，加入1.44重量份的抗坏血酸钠、1.08重量份的饱和硫酸铜溶液与1.44重量份的m-PEG-N3进行点击反应(40℃反应10h)，纯化后得到亲水聚合物改性Kevlar纤维。
(2)亲水性Kevlar支撑层的制备：
将12重量份的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于160重量份的DMSO中，加入3.2重量份的氯化钙和36重量份的四乙基氢氧化铵，40℃搅拌分散12h(以200rpm的转速)，得到纤维分散体；向纤维分散体中加入2.4重量份的PEG-1000，搅拌分散均匀(200rpm机械搅拌12h)，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为120um膜，在85℃下蒸发溶剂7min，放入DMSO/蒸馏水的体积比为10/90凝胶浴中浸泡40min，得到凝胶膜，放入水中浸泡24h去除PEG-1000，将凝胶膜捞出后，于85℃进行热处理6h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar支撑层浸泡于浓度为20g/L的MPD的水溶液中25min，然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在浓度为4g/L的TMC的正己烷溶液中，反应100s后，再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，在空气中晾干1min，然后在90℃下热处理12min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
力学性能测试：按GBT1040.3-2006进行测试，正渗透膜拉伸强度为147MPa。
过滤性能测试：纯水在0.2MPa下预压30min，然后过滤800mg/L的PEG-600，复合正渗透膜的通量为60.9L/m2h，截留率为97.94％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：包含以下具体步骤：
(1)亲水聚合物改性Kevlar纤维的制备：
将Kevlar纤维溶于有机溶剂中，加入助剂和强碱，加热搅拌分散，得到Kevlar纳米纤维分散体；向Kevlar纳米纤维分散体中加入含炔基卤化物，于30～60℃反应8～10h，加水沉淀纯化后，得到纯化物；将纯化物溶于有机溶剂中，加入抗坏血酸钠、饱和硫酸铜溶液与水溶性高分子进行点击反应，纯化后，得到亲水聚合物改性Kevlar纤维；
(2)亲水性Kevlar纤维支撑层的制备：
将步骤(1)中的亲水聚合物改性Kevlar纤维溶于有机溶剂中，加入助剂和强碱，加热搅拌分散，得到纤维分散体；然后加入成孔剂，搅拌分散均匀，得到铸膜液；将铸膜液在玻璃板上涂成厚度为80～250um膜，在25～120℃下蒸发溶剂1～10min，放入凝胶浴中浸泡，得到凝胶膜；将凝胶膜放入水中浸泡去除成孔剂，再于40～200℃热处理2～8h，得到亲水性Kevlar纤维支撑层；
(3)亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备：
将步骤(2)制得的亲水性Kevlar纤维支撑层浸泡于间苯二胺的水溶液中15～30min；然后将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，浸泡在均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，反应30～120s；再将亲水性Kevlar纤维支撑层捞出，晾干，于70～100℃热处理10～20min，得到亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜。
2.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述有机溶剂与Kevlar纤维的质量比为(4～16)：(100～200)；
步骤(1)中所述助剂用量为有机溶剂质量的2～3％；
步骤(1)中所述强碱的用量为Kevlar纤维质量的1～3倍；
步骤(1)中所述含炔基卤化物的用量为Kevlar纤维质量的5～20％；
步骤(1)中所述水溶性高分子的用量为Kevlar纤维质量的5～20％；
步骤(1)中所述抗坏血酸钠的用量为Kevlar纤维质量的5～20％；
步骤(1)中所述饱和硫酸铜溶液的用量为Kevlar纤维质量的5～20％。
3.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述有机溶剂为极性有机溶剂；步骤(2)中所述有机溶剂为极性有机溶剂；
步骤(1)中所述助剂为碱金属盐；步骤(2)中所述助剂为碱金属盐；
步骤(1)中所述强碱为无机碱或有机碱；步骤(2)中所述强碱为无机碱或有机碱。
4.根据权利要求3所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
所述极性有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种；
所述碱金属盐为氯化锂和氯化钙中的至少一种；
所述无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢化甲和氢化钠中至少一种；所述有机碱为二异丙基氨基锂、乙醇钠、四乙基氢氧化铵和叔丁醇钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述含炔基卤化物为溴代丙炔、氯代丙炔、5-氯-1-戊炔、1-溴-2-丁炔中的至少一种；
步骤(1)中所述水溶性高分子为聚乙二醇单甲醚叠氮物、聚氧化乙烯叠氮物和聚丙烯酸叠氮物中的至少一种；
步骤(2)中所述成孔剂为PEG-1000、PEG-600和PVP-15中的至少一种；
步骤(2)中所述凝胶浴的组分为DMSO/蒸馏水。
6.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述亲水聚合物改性Kevlar纤维与有机溶剂的质量比为(4～16)：(100～200)；
步骤(2)中所述助剂的用量为有机溶剂质量的2～2.5％；
步骤(2)中所述强碱的用量为亲水聚合物改性Kevlar纤维质量的0.5～3倍；
步骤(2)中所述成孔剂的用量为亲水聚合物改性Kevlar纤维质量的5～50％；
步骤(3)中所述间苯二胺的水溶液的浓度为18g/L～25g/L；
步骤(3)中所述均苯三甲酰氯的正己烷溶液的浓度为2g/L～5g/L。
7.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述点击反应的条件为于30～50℃反应6～10h；步骤(1)中所述加热搅拌分散的条件为于30～50℃搅拌12～24h；
步骤(2)中所述加热搅拌分散的条件为于30～50℃搅拌12～24h。
8.根据权利要求1所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述搅拌分散均匀的条件为以200～300rpm的转速搅拌12～14h；步骤(2)中所述放入凝胶浴中浸泡的时间为10～60min；
步骤(2)中所述凝胶膜在水中浸泡的时间16～24h。
9.一种亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜是由权利要求1～8任一项所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜的应用，其特征在于：所述亲水聚合物改性纤维复合正渗透膜在水处理中的应用。
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