CN113856500A - 一种制备中空纤维反渗透膜的方法 - Google Patents

一种制备中空纤维反渗透膜的方法 Download PDF

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徐强强
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Abstract

本发明公开了一种制备中空纤维反渗透膜的方法，包括以下步骤：(1)配制凝固浴；(2)配制铸膜液；(3)配制有机相溶液；(4)将上述铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入含胺单体的凝固浴中固化膜丝；(5)固化的膜丝经过风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；(6)将形成分离层的膜丝烘干，保湿后得到中空纤维反渗透膜。将现有技术中的去离子水凝固浴替换成含有胺单体的溶液，由于胺单体足够多，界面聚合程度高，可形成完整无缺陷，机械强度好的膜面；在与酰氯基团结合后剩余大量亲水性氨基，使表面带负电荷，制备出的膜具有良好的透水率和盐截留率。

Description

一种制备中空纤维反渗透膜的方法
技术领域
本发明属于反渗透膜制备技术领域，尤其涉及一种制备中空纤维反渗透膜的方法。
背景技术
目前的商用反渗透膜有多种，包括卷制反渗透膜和中空纤维反渗透膜等。中空纤维具有自支撑结构，单位体积内的有效膜面积大，装填密度大、耐压性好等优点，在膜分离领域占有重要的地位。
溶液纺丝法的成膜原理是在丝条凝固过程中，溶剂与非溶剂发生双扩散，使聚合物溶液变为热力学不稳定状态，继而发生液液或固液相分离，聚合物富相固化构成膜的主体，聚合物贫相构成孔结构，由此形成表面致密，内部含指状孔的支撑层。界面聚合的原理是两种不同活性单体或聚合物分别溶于两种互不相溶的溶剂中，当一种溶液分散到另一种溶液中时，在两种溶液的界面上形成一层高聚物膜，表现在反渗透膜领域即形成聚酰胺脱盐层。
中空纤维反渗透膜的制备过程一般是将配制好的铸膜液通过熔融法或溶液纺丝法制备中空纤维基膜，制备出的膜丝进行凝固浴后，依次浸没水相和有机相通过界面聚合制备出致密的反渗透膜脱盐层。但这种制备方法需要的步骤较多，制作工艺复杂，且界面聚合层容易产生缺陷，使膜品质下降，因此有必要对其制备方法进行改进，以解决制备过程中步骤繁琐、工艺复杂、界面聚合反应不完全的问题。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种制备中空纤维反渗透膜的方法。
为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种制备中空纤维反渗透膜的方法，包括以下步骤：
(1)配制凝固浴；
(2)配制铸膜液；
(3)配制有机相溶液；
(4)将上述铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入凝固浴固化膜丝；
(5)膜丝风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；
(6)将形成分离层的膜丝烘干，保湿后得到中空纤维反渗透膜。
进一步的，所述步骤1中凝固浴由去离子水和胺单体组成。
更进一步的，所述胺单体选自哌嗪、间苯二胺、邻苯二胺中的任意一种或几种。
进一步的，所述步骤2中铸膜液由良溶剂、高分子聚合物和添加剂组成。
更进一步的，所述良溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺；所述高分子聚合物选自聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、醋酸纤维素中的任意一种或几种；所述添加剂包括聚乙二醇、γ-丁内酯、乙二醇甲醚。
进一步的，所述步骤3中有机相溶液由有机溶剂和酰氯单体组成。
更进一步的，所述酰氯单体包括均苯三甲酰氯、邻苯三甲酰氯；所述有机溶剂包括环己烷、正己烷、正庚烷。
进一步的，所述步骤5中膜丝进入有机相槽时间为0.5-10分钟。
进一步的，所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，具体包括以下步骤：
(1)配制凝固浴：按重量份计，取80-85份去离子水、15-20份胺单体，在25℃下搅拌溶解2h；
(2)配制铸膜液：按重量份计，取70-75份良溶剂、15-18份高分子聚合物、10-12份添加剂，于反应釜内加热至60℃溶解6h，真空脱泡6h；
(3)配制有机相溶液：按重量份计，取75-80份有机溶剂、20-25份酰氯单体，在25℃下搅拌溶解5h；
(4)将上述铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入26-30℃凝固浴固化膜丝；
(5)膜丝风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；
(6)将形成分离层的膜丝烘干，保湿后得到中空纤维反渗透膜。
本发明的优点是：
本发明提供了一种制备中空纤维反渗透膜的方法，以解决制备过程中步骤繁琐、工艺复杂、界面聚合反应不完全的问题，将现有技术中的凝固浴去离子水替换成含有胺单体的溶液，溶液中水接触铸膜液表面使之凝固成膜丝，同时胺单体进入膜丝内部和附着在膜丝表面；待浸没有机相时，胺单体与有机相的酰氯单体在膜丝外表面发生界面聚合，以此制备外压式中空纤维反渗透膜；由于胺单体足够多，界面聚合程度高，可形成完整无缺陷，机械强度好的膜面；在与酰氯基团结合后剩余大量亲水性氨基，使表面带负电荷，制备出的膜具有良好的透水率和盐截留率。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
一种制备中空纤维反渗透膜的方法，包括以下步骤：
(1)配制凝固浴：按重量份计，取85份去离子水，15份胺单体，在25℃下搅拌溶解2h；
(2)配制铸膜液：按重量份计，取74份良溶剂，15份高分子聚合物，11份添加剂，于反应釜内加热至60℃溶解6h，真空脱泡6h；
(3)配制有机相溶液：按重量份计，取80份有机溶剂，20份酰氯单体，在25℃下搅拌溶解5h；
(4)将铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入28℃凝固浴固化膜丝；
(5)固化的膜丝经风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；
(6)将形成分离层的膜丝烘干、保湿后得到中空纤维反渗透膜。
其中胺单体为邻苯二胺；酰氯单体为均苯三甲酰氯；有机溶剂为环己烷；良溶剂为二甲基甲酰胺；高分子聚合物为磺化聚砜、磺化聚醚砜；添加剂为聚乙二醇、γ-丁内酯。
实施例2
一种制备中空纤维反渗透膜的方法，包括以下步骤：
(1)配制凝固浴：按重量份计，取82份去离子水，18份胺单体，在25℃下搅拌溶解2h；
(2)配制铸膜液：按重量份计，取74份良溶剂，16份高分子聚合物，10份添加剂，于反应釜内加热至60℃溶解6h，真空脱泡6h；
(3)配制有机相溶液：按重量份计，取76份有机溶剂，24份酰氯单体，在25℃下搅拌溶解5h；
(4)将铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入28℃凝固浴固化膜丝；
(5)固化的膜丝风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层，5min后取出；
(6)将形成分离层的膜丝烘干、保湿后得到中空纤维反渗透膜。
其中胺单体为邻苯二胺；酰氯单体为均苯三甲酰氯；有机溶剂为环己烷；良溶剂为二甲基甲酰胺；高分子聚合物为磺化聚砜、磺化聚醚砜；添加剂为聚乙二醇、γ-丁内酯。
对比例
一种制备中空纤维反渗透膜的方法，包括以下步骤：
(1)配制芯液：为去离子水；
(2)配制铸膜液：按重量份计，取74份良溶剂，15份高分子聚合物，11份添加剂，于反应釜内加热至60℃溶解6h，真空脱泡6h；
(3)配制水相溶液：按重量份计，取85份去离子水，15份胺单体，在25℃下搅拌溶解2h；
(4)配制有机相溶液：按重量份计，取80份有机溶剂，20份酰氯单体，在25℃下搅拌溶解5h；
(5)铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入28℃去离子水进行凝固浴固化膜丝；
(6)取出固化的膜丝晾干，进入水相槽，10min后取出；
(7)有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层，5min后取出；
(8)将形成分离层的膜丝烘干、保湿后得到中空纤维反渗透膜。
其中胺单体为邻苯二胺；酰氯单体为均苯三甲酰氯；有机溶剂为环己烷；良溶剂为二甲基甲酰胺；高分子聚合物为磺化聚砜、磺化聚醚砜；添加剂为聚乙二醇、γ-丁内酯。
对实施例1、实施例2和对比例所得反渗透膜产品进行性能测试：
测试条件：1000ppm NaCl，25℃，10Mpa(改为1.0Mpa)。
测试结果如表1所示：
表1
实施例一 实施例二 对比例
通量LMH 38 37 35
截留率％ 97.88 97.74 97.4
由上表可以看出，经本发明方法制备得到的中空纤维反渗透膜，在通量和截留率上都有更好的表现，同时其工艺大大简化，有效解决了目前技术制备过程中步骤繁琐、工艺复杂、界面聚合反应不完全的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制凝固浴；
(2)配制铸膜液；
(3)配制有机相溶液；
(4)将上述铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入凝固浴固化膜丝；
(5)固化的膜丝经风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；
(6)将形成分离层的膜丝烘干，保湿后得到中空纤维反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述步骤1中凝固浴由去离子水和胺单体组成。
3.根据权利要求2所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述胺单体选自哌嗪、间苯二胺、邻苯二胺中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述步骤2中铸膜液由良溶剂、高分子聚合物和添加剂组成。
5.根据权利要求4所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述良溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺；所述高分子聚合物选自聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、醋酸纤维素中的任意一种或几种；所述添加剂包括聚乙二醇、γ-丁内酯、乙二醇甲醚。
6.根据权利要求1所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述步骤3中有机相溶液由有机溶剂和酰氯单体组成。
7.根据权利要求8所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述酰氯单体包括均苯三甲酰氯、邻苯三甲酰氯；所述有机溶剂包括环己烷、正己烷、正庚烷。
8.根据权利要求1所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，所述步骤5中膜丝进入有机相槽时间为0.5-10分钟。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备中空纤维反渗透膜的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)配制凝固浴：按重量份计，取80-85份去离子水、15-20份胺单体，在25℃下搅拌溶解2h；
(2)配制铸膜液：按重量份计，取70-75份良溶剂、15-18份高分子聚合物、10-12份添加剂，于反应釜内加热至60℃溶解6h，真空脱泡6h；
(3)配制有机相溶液：按重量份计，取75-80份有机溶剂、20-25份酰氯单体，在25℃下搅拌溶解5h；
(4)将上述铸膜液和芯液分别经环状纺丝头挤出，通过空气段，进入26-30℃凝固浴固化膜丝；
(5)固化的膜丝经风干后进入有机相槽与有机相溶液进行界面聚合反应，制备膜分离层；
(6)将形成分离层的膜丝烘干，保湿后得到中空纤维反渗透膜。
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