CN106268357B - 一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，包括以下按重量比计的原料：聚偏氟乙烯16～30%，聚乙烯吡咯烷酮2～10%，催化剂0.1～0.5%，配体0.4～2.0%，单体5～10%，溶剂50～76%，聚偏氟乙烯:催化剂:配体的重量比为100:0.1～1:0.4～4。本发明采用在铸膜液中加入亲水性单体，在光引发下对聚偏氟乙烯膜材料进行亲水化改性，改善膜表面的亲水性，有效阻隔有机物质在膜表面的吸附和沉积，提高膜表面抗有机物污染能力和使用寿命。制备方法简单，并且各步骤反应条件易控制。

Description

一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明属于中空纤维膜的技术领域，尤其是一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法。
背景技术
膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
目前，随着膜科学技术的发展，膜分离技术已经在海水淡化、苦咸水脱盐、高纯水制备、电厂水处理污水、废水处理和饮用水净化处理等领域得到了不同程度的应用。目前常见的膜材料有聚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙稀、聚醚砜、聚偏氟乙烯等。聚偏氟乙烯是一种结晶型聚合物，具有很好的化学稳定性、耐热性、耐辐射性和良好的物理机械性能，另一方面，其可以流延成性能较好的薄膜，是目前市场上应用最广泛的膜材料。聚偏氟乙烯是最具极强的疏水性，导致其水通量较低，且易产生有机物吸附污染，严重限制了在水净化、蛋白质分离等方面的应用。聚偏氟乙烯中空纤维膜的亲水改性方法，主要为以下两类：膜表面改性和膜材料改性。通过膜表面改性得到的亲水性不能持久，它的亲水性随着膜使用时间的延长而失效；而膜材料通过引入极性基团进行亲水改性，可以从根本上改变分离膜的亲水性，消除单一聚合物组分性能上的不足，从而制的理想的膜产品。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，包括以下按重量比计的原料：
聚偏氟乙烯16～30％
聚乙烯吡咯烷酮2～10％
催化剂0.1～0.5％
配体0.4～2.0％
单体5～10％
溶剂50～76％。
优选地，聚偏氟乙烯:催化剂:配体的质量比为100:0.1～1:0.4～4。
优选地，所述的催化剂为金属卤化物。
进一步优选地，所述的催化剂为氯化亚铜、氯化铜、溴化亚铜、溴化铜、氯化铁和氯化亚铁等中的一种或多种。
优选地，所述的配体为2,2’-联二吡啶、4,4’-联二吡啶等中的一种或两种。
优选地，所述的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸叔丁脂、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烯丙基聚乙二醇和乙烯基吡啶等中的一种或多种。
优选地，所述的溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮等中的一种或多种。
一种上述亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、催化剂、配体、单体、溶剂依次序加入料液釜中，在氮气保护下，在45-60℃下搅拌溶解均匀后，搅拌速度为50～120转/min，搅拌反应24-48小时，得到铸膜液；
(2)将步骤(1)得到的铸膜液注入石英光反应管道中，开启光源，在功率1000～3000W，波长200～400nm下连续光照聚合60～120分钟；
(3)将经过步骤(2)处理的铸膜液通过纺丝机的喷丝头和喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，挤出速度2～30m/min，然后进入温度为20～50℃的凝固液，经过相分离固化，制得中空纤维膜。本发明制备得到的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的孔径为0.01～0.4um，纯水通量为600～2400L/m2·h·0.1MPa。
优选地，所述的芯液和凝固液分别为水，或水与乙醇、异丙醇、乙二醇或表面活性剂的混合液。
优选地，所述的芯液和凝固液中水的重量百分比含量不低于60％。
一种用于光可控接枝改性聚偏氟乙烯中空纤维膜的装置，包括氮气瓶1，料液釜2，阀门3，石英管道4，过滤层5，纺丝机6，芯液灌7，凝固槽8，卷取机9。其中氮气瓶1，料液釜2，阀门3，石英管道4，过滤层5，纺丝机6，凝固槽8，卷取机9依次序连接。所述的石英管道4中设有紫外灯源，所述的芯液灌7与纺丝机6相连接，芯液灌7中的芯液流入纺丝机6的中心管内，与铸膜液同时挤出。所述的石英管道4的长度为200～400mm，内径为20～50mm。
本发明的有益效果：
本发明采用在铸膜液中加入亲水性单体，在光引发下对聚偏氟乙烯膜进行亲水化改性，改善膜表面的亲水性，有效阻隔有机物质在膜表面的吸附和沉积，提高膜表面抗有机物污染能力和使用寿命。制备方法简单，并且各步骤反应条件易控制。
附图说明
图1为制备亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的工艺流程图；
1、氮气瓶；2、料液釜；3、阀门；4、石英管道；5、过滤层；6、纺丝机；7、芯液灌；8、凝固槽；9、卷取机。
具体实施方式
下面通过实施例更具体地描述本发明。
一种用于光可控接枝改性聚偏氟乙烯中空纤维膜的装置，包括氮气瓶1，料液釜2，阀门3，石英管道4，过滤层5，纺丝机6，芯液灌7，凝固槽8，卷取机9。其中氮气瓶1，料液釜2，阀门3，石英管道4，过滤层5，纺丝机6，凝固槽8，卷取机9依次序连接。所述的石英管道4中设有紫外灯源，所述的芯液灌7与纺丝机6相连接，芯液灌7中的芯液流入纺丝机6的中心管内，与铸膜液同时挤出。所述的石英管道4的长度为200～400mm，内径为20～50mm。
实施例1
一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，包括以下按重量比计的原料：
聚偏氟乙烯26％
聚乙烯吡咯烷酮5％
氯化铜0.2％
2,2’-联二吡啶0.8％
聚乙二醇甲基丙烯酸酯10％
N,N-二甲基乙酰胺58％。
上述亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、催化剂、配体、单体、溶剂依次序加入料液釜2中，在氮气保护下，在60℃下搅拌溶解均匀后，搅拌速度为120转/min，搅拌反应24小时，得到铸膜液；
(2)将步骤(1)得到的铸膜液注入石英光反应管道4中，开启光源，在功率1500W，波长200nm下连续光照聚合60分钟；
(3)将经过步骤(2)处理的铸膜液通过纺丝机6的喷丝头和喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，挤出速度15m/min，然后进入温度为20℃的凝固液，经过相分离固化，制得中空纤维膜，其孔径为0.03um，纯水通量为650L/m2·h·0.1MPa。
实施例2
一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，包括以下按重量比计的原料：
聚偏氟乙烯18％
聚乙烯吡咯烷酮8％
氯化铜0.1％
2,2’-联二吡啶0.5％
聚乙二醇甲基丙烯酸酯5％
N,N-二甲基乙酰胺68.4％。
上述亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、催化剂、配体、单体、溶剂依次序加入料液釜2中，在氮气保护下，在60℃下搅拌溶解均匀后，搅拌速度为120转/min，搅拌反应24小时，得到铸膜液；
(2)将步骤(1)得到的铸膜液注入石英光反应管道4中，开启光源，在功率2000W，波长200nm下连续光照聚合60分钟；
(3)将经过步骤(2)处理的铸膜液通过纺丝机6的喷丝头和喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，然后进入温度为20℃的凝固液，经过相分离固化，制得中空纤维膜，其孔径为0.2um，纯水通量为2100L/m2·h·0.1MPa
实施例3
一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，包括以下按重量比计的原料：
聚偏氟乙烯22％
聚乙烯吡咯烷酮4％
氯化铜0.22％
2,2’-联二吡啶0.8％
聚乙二醇甲基丙烯酸酯8％
N,N-二甲基乙酰胺64.98％。
上述亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、催化剂、配体、单体、溶剂依次序加入料液釜2中，在氮气保护下，在60℃下搅拌溶解均匀后，搅拌速度为120转/min，搅拌反应24小时，得到铸膜液；
(2)将步骤(1)得到的铸膜液注入石英光反应管道4中，开启光源，在功率1000W，波长395nm下连续光照聚合90分钟；
(3)将经过步骤(2)处理的铸膜液通过纺丝机6的喷丝头和喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，然后进入温度为20℃的凝固液，经过相分离固化，制得中空纤维膜，其孔径为0.1um，纯水通量为1200L/m2·h·0.1MPa。

Claims (9)

1.一种亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，包括以下按重量比计的原料：
聚偏氟乙烯16～30％
聚乙烯吡咯烷酮2～10％
催化剂0.1～0.5％
配体0.4～2.0％
单体5～10％
溶剂50～76％，
所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、催化剂、配体、单体、溶剂依次序加入料液釜中，在氮气保护下，在45-60℃下搅拌溶解均匀后，搅拌速度为50～120转/min，搅拌反应24-48小时，得到铸膜液；
(2)将步骤(1)得到的铸膜液注入石英光反应管道中，开启光源，在功率1000～3000W，波长200～400nm下连续光照聚合60～120分钟；
(3)将经过步骤(2)处理的铸膜液通过纺丝机的喷丝头和喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，挤出速度2～30m/min，然后进入温度为20～50℃的凝固液，经过相分离固化，制得中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的催化剂为金属卤化物。
3.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的聚偏氟乙烯:催化剂:配体的质量比为100:0.1～1:0.4～4。
4.根据权利要求1或2所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的催化剂为氯化亚铜、氯化铜、溴化亚铜、溴化铜、氯化铁和氯化亚铁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的配体为2,2’-联二吡啶、4,4’-联二吡啶中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸叔丁脂、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烯丙基聚乙二醇和乙烯基吡啶中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的芯液和凝固液分别为水，或水与乙醇、异丙醇、乙二醇或表面活性剂的混合液。
9.根据权利要求1所述的亲水性聚偏氟乙烯中空纤维膜，其特征在于，所述的芯液和凝固液中水的重量百分比含量不低于60％。
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