CN106693729B - 芳香族聚酰胺中空纤维膜及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种芳香族聚酰胺中空纤维膜及制备方法和应用。芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，采用下述步骤：1)配置铸膜液；铸膜液包括下述重量份组分：芳香族聚酰胺物质30‑35份，复配溶剂15‑35份，添加剂30‑50份以及纳米银离子1‑5份；2)将步骤1)配置的铸膜液利用热致相分离法，于240℃‑280℃经喷丝板熔融挤出，制成耐高温的聚酰胺中空纤维膜。本发明的将芳香族聚酰胺物质在高温经熔融挤出制成聚酰胺中空纤维膜，其中无机离子的加入可以有效的增加芳香族聚酰胺的溶解度，增大铸膜液中芳香族聚酰胺的含量，高温挤出可以增加聚酰胺中空纤维膜的耐热性问题。

Description

芳香族聚酰胺中空纤维膜及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种芳香族聚酰胺中空纤维膜及制备方法和应用。
背景技术
纳滤及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，纳滤及反渗透技术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。
由于制备材料性能及工艺的限制，现有的聚酰胺纳滤膜或反渗透膜产品耐热性较差，无法适应高温运行环境，而脱盐主要应用市场--工业废水领域的处理水温往往较高，因此使用纳滤膜或反渗透膜产品处理废水需先降低废水温度，这既需投入巨大资金用于建立规模巨大的废水中转池用以降温，也需要大量的能量将工业废水进行降温。高额的建设及运行成本限制了聚酰胺脱盐膜在高温水处理环境的应用。此外，受聚酰胺材质耐氧化性的影响，聚酰胺膜产品化学清洗次数有限，膜表面容易发霉长菌，影响膜产品使用性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的中空纤维膜耐热性较差、抗菌性差而容易形成膜缺陷从而影响膜产品性能的问题，提供一种芳香族聚酰胺中空纤维膜及其制备方法。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案为：
一种芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，采用下述步骤：
1)配置铸膜液；所述的铸膜液包括下述重量份组分：芳香族聚酰胺物质30-35份，复配溶剂15-35份，添加剂30-50份以及纳米银离子1-5份；
2)将步骤1)配置的铸膜液利用热致相分离法，加入到螺杆挤出机中，于240℃-280℃经喷丝板熔融挤出，进入水浴槽内固化成型，经卷绕牵伸热法中空纤维膜后处理工序制成耐高温的聚酰胺中空纤维膜。
所述的芳香族聚酰胺物质为间位芳纶纤维或者对位芳纶纤维中的一种。
所述的复配溶剂为溶剂与无机离子的混合物；所述的溶剂为二甲基亚砜或者二甲基乙酰胺中的一种；所述的无机离子为氯化锂或者氯化钙中的一种或者混合。
所述的溶剂与无机离子的比例为4-6:1。
所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮或者吐温中的一种。
本发明还包括一种所述的制备方法制备的芳香族聚酰胺中空纤维膜。
本发明还包括一种所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的应用，以所述的的芳香族聚酰胺中空纤维膜为基膜制备的纳滤膜或者反渗透膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.利用螺杆挤出技术，将芳香族聚酰胺物质在高温经熔融挤出制成聚酰胺中空纤维膜，其中无机离子的加入可以有效的增加芳香族聚酰胺的溶解度，增大铸膜液中芳香族聚酰胺的含量，高温挤出可以增加聚酰胺中空纤维膜的耐热性问题，这种膜产品能够用于高温分离以及酸液、碱液净化等领域当中。
2.在成膜材料中添加了高的生物抗菌活性的纳米银粒子，制成的聚酰胺中空纤维纳滤膜表面不易生长菌类，抗菌性得到有效提升。
3.可利用制成的聚酰胺中空纤维膜为基膜，在膜表面经界面聚合形成聚酰胺功能层，制成同质增强型中空纤维纳滤膜或反渗透膜，由于该种纳滤膜基膜与功能层为同一种材质，热力学相容性极好，因此基膜与功能层的界面更为稳定，产品性能更为优良。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：一种芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，采用下述步骤：
1)配置铸膜液；所述的铸膜液包括下述重量份组分：芳香族聚酰胺物质间位芳纶纤维30g，复配溶剂(二甲基亚砜：氯化锂＝4:1)35g，添加剂乙烯吡咯烷酮35g以及纳米银离子1g；
2)将步骤1)配置的铸膜液利用热致相分离法，加入到螺杆挤出机中，于240℃经喷丝板熔融挤出，进入水浴槽内固化成型，经卷绕牵伸热法中空纤维膜后处理工序制成耐高温的聚酰胺中空纤维膜。其他各工艺段工艺参数与目前热致相分离法制膜工艺相同。
实施例2与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，步骤1)铸膜液的组分为：对位芳纶纤维35g，配溶剂(二甲基乙酰胺：氯化钙＝6:1)30g，添加剂乙烯吡咯烷酮30g以及纳米银离子3g；步骤2)的熔融挤出温度为260℃。
实施例3与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，步骤1)铸膜液的组分为：间位芳纶纤维32g，配溶剂(二甲基乙酰胺：氯化锂＝5:1)20g，添加剂乙烯吡咯烷酮50g以及纳米银离子5g；步骤2)的熔融挤出温度为255℃。
实施例4与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，步骤1)铸膜液的组分为：间位芳纶纤维35g，配溶剂(二甲基乙酰胺：氯化锂＝4:1)15g，添加剂乙烯吡咯烷酮50g以及纳米银离子3g；步骤2)的熔融挤出温度为255℃。
对比实施例1与实施例1的制备方法相同，区别仅在于，步骤1)铸膜液的组分为：间位芳纶纤维30g，复配溶剂(二甲基亚砜：氯化锂＝4:1)35g以及添加剂乙烯吡咯烷酮35g；步骤2)铸膜液加入到螺杆挤出机中后于90℃经喷丝板挤出。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比实施例1
通量(L/m2·h·25℃) 689 672 843 831 693
通量(L/m2·h·35℃) 695 690 851 843 724
通量(L/m2·h·45℃) 704 697 882 876 796
通量(L/m2·h·55℃) 723 716 902 894 829
通量(L/m2·h·65℃) 757 744 932 921 858
通量(L/m2·h·25℃) 692 678 845 835 584
孔径(nm·25℃) 62 59 72 69 63
孔径(nm·35℃) 63 59 72.2 69.8 65.6
孔径(nm·45℃) 63.3 60 73 70.2 68.4
孔径(nm·55℃) 65 61 73.9 71 78.5
孔径(nm·65℃) 66.8 61 74.8 72 91.7
孔径(nm·25℃) 64 59.6 73.4 70.5 84.1
表1示出不同实施例制成的膜产品经0.5MPa压力、不同温度2g/L MgSO4液体测得的膜通量以及孔径，可以看出普通聚酰胺中空纤维膜(对比实施例1)的截留率和水通量随着温度上升膜通量及孔径均变大，在测试液体温度降回后膜通量下降且孔径变大，失去使用价值；经高温熔融挤出制成的聚酰胺中空纤维膜(实施例1-4)随着温度的上升，膜通量提升，而孔径变化较小，且测试液体温度降回后膜性能也基本恢复至初始态，聚酰胺膜产品的耐热性得到改善。
表2
表2为不同实施例制成的膜产品在不同环境经0.5MPa压力过滤2g/L MgSO4溶液测得的通量，可以看出普通聚酰胺中空纤维膜(对比实施例1)在温度30℃、湿度90％的环境内放置36小时后通量有很大下降，说明膜表面已发霉；添加纳米银粒子的聚酰胺中空纤维膜通量变化不大，抗菌性得到提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，其特征在于，采用下述步骤：
1)配置铸膜液；所述的铸膜液包括下述重量份组分：芳香族聚酰胺物质30-35份，复配溶剂15-35份，添加剂30-50份以及纳米银离子1-5份；
2)将步骤1)配置的铸膜液利用热致相分离法，加入到螺杆挤出机中，于240℃-280℃经喷丝板熔融挤出，进入水浴槽内固化成型，经卷绕牵伸热法中空纤维膜后处理工序制成耐高温的聚酰胺中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的芳香族聚酰胺物质为间位芳纶纤维或者对位芳纶纤维中的一种。
3.根据权利要求1所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的复配溶剂为溶剂与无机离子的混合物；所述的溶剂为二甲基亚砜或者二甲基乙酰胺中的一种；所述的无机离子为氯化锂或者氯化钙中的一种或者混合。
4.根据权利要求3所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的溶剂与无机离子的比例为4-6:1。
5.根据权利要求1所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮或者吐温中的一种。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的芳香族聚酰胺中空纤维膜。
7.一种权利要求6所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜的应用，其特征在于，以所述的芳香族聚酰胺中空纤维膜为基膜制备的纳滤膜或者反渗透膜。
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