CN115722086A

CN115722086A - 中空纤维纳米级分离膜及其制备工艺

Info

Publication number: CN115722086A
Application number: CN202211441672.7A
Authority: CN
Inventors: 施展; 孙德; 金淑杰; 施美卉; 任春媛
Original assignee: JILIN JINSAI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: JILIN JINSAI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明属于分离膜材料技术领域，具体涉及一种中空纤维纳米级分离膜及其制备工艺，包括：1)纺丝原液制取：将亲水性聚醚砜和聚乙烯醇两种成份按88～92％：8～12％的重量百分比加入溶剂和添加剂至溶解设备中进行溶胀，直至完全溶解成为原液，经过滤、脱泡后制成纺丝原液；2)纺丝及后处理：将纺丝原液经干喷湿纺法纺丝工艺制成中空纤维膜，然后在戊二醛交联体系作用下进行交联改性反应，再经保孔处理后再水洗、风干，使膜结构定型为分离膜成品。本发明采用丙烯酸亲水改性聚醚砜，在聚醚砜链上引入负电荷，增加了聚醚砜膜亲水性，提高了水通量；同时加入少量聚乙烯醇并与丙烯酸亲水改性聚醚砜交联，形成立体交联网络，提高膜机械强度。

Description

中空纤维纳米级分离膜及其制备工艺

技术领域

本发明属于分离膜材料技术领域，具体涉及一种中空纤维纳米级分离膜及其制备工艺。

背景技术

膜分离技术是指用半透膜作为选择性障碍层，凭借外部能量或化学位差，使混合体系中某些组分透过，而保留其它部分，从而达到分级、分离、提纯、富集等目的的技术。这里所指的膜不同于一般意义上的地膜、薄膜等，而是指位于一种液体相内或两种流体间的一层薄的凝聚相部分，并能使这两部分之间产生传质作用的一种物质。膜分离技术具有良好的优点，应用非常广泛，其制作的材料也有很多。

公开号为CN1135135C的专利说明书中公开了一种中空纤维纳米级分离膜制备工艺，包括纺丝原液制取、纺丝及后处理工艺，其特征在于：纺丝原液制取工艺：将纤维素与聚醚砜两种成份按1％～5％：95％～98％的重量百分比加入溶剂和添加剂至溶解设备中进行溶胀，直至完全溶解成为原液，经过滤、脱泡后制成纺丝原液；纺丝及后处理工艺：将纺丝原液经干喷湿纺法纺丝工艺制成中空纤维膜，经保孔处理后再水洗、风干，使膜结构定型为成品。用于在直饮水，分离后的水质可达到弱碱性、小分子团功效，能保留水中有益的矿物质，并达到自动冲洗不换芯的功效，属小分子筛的纯物流方法的效果。

但是这种中空纤维纳米级分离膜制备工艺存在不足之处，其制备的分离膜亲水性、膜机械强度性能需要进一步地提高，以更好地满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种中空纤维纳米级分离膜及其制备工艺。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，包括：

1)纺丝原液制取：将亲水性聚醚砜和聚乙烯醇两种成份按88～92％：8～12％的重量百分比加入加入溶剂和添加剂至溶解设备中进行溶胀，直至完全溶解成为原液，经过滤、脱泡后制成纺丝原液；

2)纺丝及后处理：将纺丝原液经干喷湿纺法纺丝工艺制成中空纤维膜，然后在戊二醛交联体系作用下进行交联改性反应，再经保孔处理后再水洗、风干，使膜结构定型为分离膜成品。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤1)中，所述亲水性聚醚砜为丙烯酸接枝改性聚醚砜。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，所述丙烯酸接枝改性聚醚砜的制备方法为：聚醚砜粉体先经氩等离子体放电时间120s、进气量20mL/min条件下预处理；然后于温度50℃下丙烯酸气相接枝，即可得到丙烯酸接枝改性聚醚砜。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤1)中，溶胀工序中加入溶解设备中的溶剂是DMSO，溶剂占纺丝原液重量百分比为62～76％。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤1)中，溶胀工序中加入溶解设备中的添加剂是重量百分比为1～30％的NaSO₃的水溶液，添加剂占纺丝原液重量百分比为2～6％。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤2)中，戊二醛交联体系作用在于交联聚乙烯醇和丙烯酸接枝改性聚醚砜，其体系组成为4.2wt.％的戊二醛水溶液、催化剂为1.2wt.％的盐酸溶液。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤2)中，交交联改性反应于室温下进行，反应时间为20～40min。

进一步地，如上所述中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，步骤2)中，保孔处理使用的保孔剂是重量百分比为20～50％的醇的水溶液。

本发明还提供一种中空纤维纳米级分离膜，由上述的制备工艺制备得到。该中空纤维纳米级分离膜的耐压力为0.22～0.88MPa，断裂伸长率达到70～82％，外径200～1000μm，壁厚50～200μm，孔径0.8～10nm。

本发明的有益效果是：

本发明提供的制备工艺设计科学合理，采用丙烯酸亲水改性聚醚砜，在聚醚砜链上引入负电荷，增加了聚醚砜膜亲水性，提高了水通量；又提高了对水中负电性污染物的排斥作用，提高净水效果。同时加入少量聚乙烯醇并与丙烯酸亲水改性聚醚砜交联，形成立体交联网络，提高膜机械强度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，包括：

纺丝原液的制取工艺：取丙烯酸接枝改性聚醚砜和聚乙烯醇两种物质按重量百分比为92％：12％；取二甲基亚砜DMSO为溶剂，占纺丝原液重量百分比为65％；取重量百分比为1％的NaSO₃水溶液作为添加剂，占纺丝原液重量百分比为3％；将上述物质投入溶解设备中使其溶解，在40℃、剧烈机械搅拌下进行溶胀，直至完全溶解后在0.2MPa压力下经过滤设备过滤除去固体杂质，经真空装置进行除气泡制成纺丝原液，真空度0.1MPa。通常情况下，纺丝原液温度控制在40℃，过滤压力在0.2MPa。

纺丝及后处理工艺：将制得的纺丝原液经干喷湿纺法纺丝而纺制成中空纤维纳米级分离膜，拉伸后使初生膜中的溶剂部分挥发完成溶液预蒸发，再把初生膜浸入含有重量百分比浓度为2％的DMSO水溶液中，通过双扩散而冻胶化完成丝条的凝固。经72小时溶剂浸提后，对中空纤维膜戊二醛交联32min。再进行保孔处理后，经水洗、风干工序除去膜中的溶剂和凝固剂，使膜结构定型为成品。流涎温度为40℃，湿度60％；溶剂预蒸发时间为10秒，温度为20℃；凝固浴温度10℃；交联剂4.2wt.％的戊二醛水溶液、催化剂为1.2wt.％的盐酸溶液。保孔剂为乙二醇的水溶液，重量百分比浓度为20％；拉伸倍数为1.7倍；喷丝时采用同心圆插入管式喷蒸发时间为26秒，温度为24℃；凝固浴组成为DMSO水溶液，重量百分比浓度12％，温度30℃；拉伸倍数为1.9倍。

实施例2

工艺及流程基本同实施例一，具体工艺参数如下：丙烯酸接枝改性聚醚砜和聚乙烯醇按重量百分比为90％：9％，溶剂二甲基亚砜DMSO，占纺丝原液重量百分比为72％；重量百分比为1％的NaSO₃水溶液为添加剂，占纺丝原液重量百分比为5％；。纺丝原液温度50℃，过滤压力0.3MPa，真空度＜0.1MPa，喷丝头：同心圆插入管式，流涎温度45℃，流涎室湿度65％，溶剂预蒸发时间30秒，溶剂预蒸发温度30℃。凝固浴组成：二甲基亚砜DMSO水溶液，凝固浴浓度25％，凝固浴温度20℃，拉伸倍数1.8倍。交联剂4.2wt.％的戊二醛水溶液、催化剂为1.2wt.％的盐酸溶液。保孔剂：乙二醇的水溶液浓度30％。

实施例3

工艺及流程基本同实施例一，具体工艺参数如下：丙烯酸接枝改性聚醚砜和聚乙烯醇按重量百分比为88％：1:2％，溶剂二甲基亚砜DMSO，占纺丝原液重量百分比为70％；重量百分比为6％的NaSO₃水溶液为添加剂，占纺丝原液重量百分比为2％；铸膜液温度60℃，过滤压力0.4MPa，真空度＜0.1MPa，喷丝头：同心圆插入管式，流涎温度50℃，流涎湿度70％，溶剂预蒸发时间60秒，溶剂预蒸发温度40℃，凝固浴组成：DMSO水溶液，凝固浴浓度40％，凝固浴温度30℃，拉伸倍数1.9倍。交联剂4.2wt.％的戊二醛水溶液、催化剂为1.2wt.％的盐酸溶液。保孔剂：乙二醇的水溶液，浓度50％。

对实施例1～实施例3制备的成品中空纤维纳米级分离膜物进行相关检测，其检测结果如表1所示：

表1

通过本发明方法制备的中空纤维纳米级分离膜，通过电镜分析可确定该中空纤维纳米级分离膜可达到纳米级且非常均匀。本发明中空纤维纳米级分离膜的外径一般为200～1000微米，壁厚50～200微米，用于医疗或食品，直饮水装置，是需用无毒的聚氨酯封装，待处理的溶液自原液进口进入组件，并流入中空纤维纳米级分离膜的内腔，渗透部分透过纤维壁而进入中空纤维纳米级分离膜间，并从渗透液出口流出组件，而浓缩后的原液则自中空纤维纳米级分离膜内腔的另一端流出组件，从而解决了膜自动冲洗不换芯的重大难题。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于包括：

1)纺丝原液制取：将亲水性聚醚砜和聚乙烯醇两种成份按88～92％：8～12％的重量百分比加入溶剂和添加剂至溶解设备中进行溶胀，直至完全溶解成为原液，经过滤、脱泡后制成纺丝原液；

2.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，所述亲水性聚醚砜为丙烯酸接枝改性聚醚砜。

3.根据权利要求2所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，所述丙烯酸接枝改性聚醚砜的制备方法为：聚醚砜粉体先经氩等离子体放电时间120s、进气量20mL/min条件下预处理；然后于温度50℃下丙烯酸气相接枝，即可得到丙烯酸接枝改性聚醚砜。

4.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，溶胀工序中加入溶解设备中的溶剂是DMSO，溶剂占纺丝原液重量百分比为62～76％。

5.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤1)中，溶胀工序中加入溶解设备中的添加剂是重量百分比为1～30％的NaSO₃的水溶液，添加剂占纺丝原液重量百分比为2～6％。

6.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，戊二醛交联体系作用在于交联聚乙烯醇和丙烯酸接枝改性聚醚砜，其体系组成为4.2wt.％的戊二醛水溶液、1.2wt.％的盐酸溶液，其中盐酸溶液作为催化剂。

7.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，交交联改性反应于室温下进行，反应时间为20～40min。

8.根据权利要求1所述的中空纤维纳米级分离膜的制备工艺，其特征在于，步骤2)中，保孔处理使用的保孔剂是重量百分比为20～50％的乙二醇的水溶液。

9.中空纤维纳米级分离膜，由权利要求1～8任一项所述的制备工艺制备得到。

10.根据权利要求9所述的中空纤维纳米级分离膜，其特征在于，该中空纤维纳米级分离膜的耐压力为0.22～0.88MPa，断裂伸长率达到70～82％，外径200～1000μm，壁厚50～200μm，孔径0.8～10nm。