CN105126643A - 一种中空纤维反渗透膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中空纤维反渗透膜及其制备方法。本发明中空纤维反渗透膜，由三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯、溶剂和添加剂密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的15wt%-70wt%；所述酰氯化氧化石墨烯的含量为三醋酸纤维素的0.001wt%-1wt%。本发明中空纤维反渗透膜的制备方法，将上述的成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴，再经过以水为凝固浴的第二凝固浴，最后经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。本发明通过氧化石墨烯良好的分散相和亲水性赋予所得中空纤维反渗透膜良好的通透性能。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维反渗透膜制备技术领域，具体而言是一种氧化石墨烯改性三醋酸纤维素中空纤维反渗透膜及其制备方法。
背景技术
反渗透技术是用途最广泛的脱盐处理技术，具有以下优点：1.没有相变，实际操作过程中不需要对水质以及使用仪器进行加热处理，这就简化了操作步骤，增强了实际操作的使用价值。2.能耗少。3.占地面积小、操作简单，适应性强。4.对环境不产生污染，分离过程是物理分离，不会对环境产生污染。依据上述优点，反渗透膜已广泛应用于海水淡化、工业废水处理与回用、医药纯水制备等领域。
现有中空纤维反渗透膜的制膜材料主要以醋酸纤维素（特别是三醋酸纤维素）为主，但是，醋酸纤维素存在着耐压性较差和通量难于提高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有技术中存在的不足，提供一种一种中空纤维反渗透膜及其制备方法。
本发明中空纤维反渗透膜，其特征在于：由三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯、溶剂和添加剂密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的15wt%-70wt%；所述酰氯化氧化石墨烯的含量为三醋酸纤维素的0.001wt%-1wt%。
所述的溶剂为环丁砜、添加剂为分子量低于1000的聚乙二醇，添加剂占溶剂和添加剂总量的0-50wt%。
本发明中空纤维反渗透膜的制备方法，将上述的成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴，再经过以水为凝固浴的第二凝固浴，最后经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
所述第一凝固浴中胺化氧化石墨烯的含量为0.001wt%-1wt%，所述第二凝固浴为纯净水。所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
本发明为一种氧化石墨烯改性三醋酸纤维素中空纤维反渗透膜及其制备方法，所实现的技术效果如下：
1、通过氧化石墨烯良好的分散相和亲水性赋予所得中空纤维反渗透膜良好的通透性能；
2、通过双扩散固化过程中发生的化学交联反应，形成氧化石墨烯与三醋酸纤维素之间的无机-有机互传网络结构，结合氧化石墨烯良好的力学增强作用，实现所得中空纤维反渗透膜耐压性能的提升。
氧化石墨烯是一种具有良好分散特性和亲水性的新型功能材料，将其进行酰氯化和胺化后用于改性三醋酸纤维素中空纤维反渗透膜制备，可有效提高所得中空纤维反渗透膜的耐压性和通量，对于开发新型中空纤维反渗透膜具有重要意义。
具体实施方式
本发明具体技术方案包括：
所述酰氯化氧化石墨烯的含量为三醋酸纤维素的0.001wt%-1wt%，含量越高后续工艺所得到的氧化石墨烯交联结构越致密。所述的溶剂为环丁砜，所述的添加剂为分子量低于1000的聚乙二醇（包括聚乙二醇200、400），添加剂占溶剂和添加剂总量的0-50wt%，含量越高所得中空纤维反渗透膜的通量有所增加，截留率有所下降。三醋酸纤维素含量占成膜体系总质量的15wt%-70wt%。
将上述物质采用混合设备充分混合均匀后，使用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将成膜体系熔融挤出，在熔融挤出过程中，通过螺杆的作用进一步使成膜体系塑化均匀，以保障所得中空纤维反渗透膜结构和性能的均匀稳定化。
通过中空纤维喷丝组件后，成膜体系进入第一凝固浴，在第一凝固浴中，成膜体系中的酰氯化氧化石墨烯与凝固浴中含有的胺化氧化石墨烯发生交联反应，形成酰胺键，得到氧化石墨烯与三醋酸纤维素的无机-有机互传网络结构。由于氧化石墨烯良好的亲水性且该化学反应发生于双扩散过程中，形成了自中心沿中空纤维膜横截面半径向外表面分离层逐渐致密的氧化石墨烯交联结构，在增加了水在膜中传递路径的同时，增强了所得中空纤维反渗透膜的耐压性能。
所述第一凝固浴中胺化氧化石墨烯的含量为0.001wt%-1wt%，浓度越高，所得中空纤维反渗透膜含有的氧化石墨烯交联结构越致密，从而所得膜的耐压性和通量越优异，但截留率会有所下降。所述第二凝固浴为纯净水，起到进一步固化和冷却所得中空纤维反渗透膜的作用。
下面结合实施例对本发明所述的中空纤维反渗透膜及其制备技术和效果作进一步说明。
实施例1
采用三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯（含量为三醋酸纤维素的0.001wt%）、环丁砜密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的15wt%；将所述成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴（胺化氧化石墨烯的含量为0.001wt%），再经过以纯净水为凝固浴的第二凝固浴，经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
所得的中空纤维反渗透膜在浓度为1500mg/L氯化钠溶液、5.0MPa压力下连续测试1小时，一价离子脱除率为99.8%，与相同与上述配比和工艺但在成膜体系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物质所得的中空纤维反渗透膜相比，通量提高20%，相同测试时间所得衰减率（计算公式=（初始通量-1h后通量）/初始通量）降低10%，脱盐率基本未发生变化。
实施例2
采用三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯（含量为三醋酸纤维素的1wt%）、环丁砜和聚乙二醇200（聚乙二醇200占环丁砜和聚乙二醇200总量的50wt%）密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的70wt%；将所述成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴（胺化氧化石墨烯的含量为1wt%），在经过以纯净水为凝固浴的第二凝固浴，经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
所得的中空纤维反渗透膜在浓度为1500mg/L氯化钠溶液、5.0MPa压力下连续测试1小时，一价离子脱除率为99.7%，与相同与上述配比和工艺但在成膜体系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物质所得的中空纤维反渗透膜相比，通量提高40%，相同测试时间所得衰减率（计算公式=（初始通量-1h后通量）/初始通量）降低15%，脱盐率基本未发生变化。
实施例3
采用三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯（含量为三醋酸纤维素的0.5wt%）、环丁砜和聚乙二醇200（聚乙二醇200占环丁砜和聚乙二醇200总量的30wt%）密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的40wt%；将所述成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴（胺化氧化石墨烯的含量为0.5wt%），在经过以纯净水为凝固浴的第二凝固浴，经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
所得的中空纤维反渗透膜在浓度为1500mg/L氯化钠溶液、5.0MPa压力下连续测试1小时，一价离子脱除率为99.6%，与相同与上述配比和工艺但在成膜体系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物质所得的中空纤维反渗透膜相比，通量提高25%，相同测试时间所得衰减率（计算公式=（初始通量-1h后通量）/初始通量）降低12%，脱盐率基本未发生变化。
实施例4
采用三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯（含量为三醋酸纤维素的0.7wt%）、环丁砜和聚乙二醇200（聚乙二醇200占环丁砜和聚乙二醇200总量的50wt%）密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的42wt%；将所述成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴（胺化氧化石墨烯的含量为0.7wt%），在经过以纯净水为凝固浴的第二凝固浴，经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
所得的中空纤维反渗透膜在浓度为1500mg/L氯化钠溶液、5.0MPa压力下连续测试1小时，一价离子脱除率为99.5%，与相同与上述配比和工艺但在成膜体系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物质所得的中空纤维反渗透膜相比，通量提高32%，相同测试时间所得衰减率（计算公式=（初始通量-1h后通量）/初始通量）降低15%，脱盐率基本未发生变化。
Claims (5)
1.一种中空纤维反渗透膜，其特征在于：由三醋酸纤维素、酰氯化氧化石墨烯、溶剂和添加剂密闭共混得到成膜体系，三醋酸纤维素占成膜体系总质量的15wt%-70wt%；所述酰氯化氧化石墨烯的含量为三醋酸纤维素的0.001wt%-1wt%。
2.根据权利要求1所述的中空纤维反渗透膜，其特征在于：所述的溶剂为环丁砜、添加剂为分子量低于1000的聚乙二醇，添加剂占溶剂和添加剂总量的0-50wt%。
3.一种中空纤维反渗透膜的制备方法，其特征在于：将权利要求1所述的成膜体系经螺杆挤出机熔融挤出并通过中空纤维喷丝板挤出至由胺化氧化石墨烯的水悬浮液构成的第一凝固浴，再经过以水为凝固浴的第二凝固浴，最后经冷却并固化成形，得到中空纤维反渗透膜。
4.根据权利要求3所述的中空纤维反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述第一凝固浴中胺化氧化石墨烯的含量为0.001wt%-1wt%，所述第二凝固浴为纯净水。
5.根据权利要求3所述的中空纤维反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
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