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CN105797603A - 一种亲水性中空纤维超滤膜及其制备工艺 - Google Patents

一种亲水性中空纤维超滤膜及其制备工艺 Download PDF

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CN105797603A
CN105797603A CN201610227301.7A CN201610227301A CN105797603A CN 105797603 A CN105797603 A CN 105797603A CN 201610227301 A CN201610227301 A CN 201610227301A CN 105797603 A CN105797603 A CN 105797603A
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CN
China
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hollow fiber
membrane
ultrafiltration membrane
hydrophilic hollow
filtration membrane
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Application number
CN201610227301.7A
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English (en)
Inventor
张晓姮
李剑
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Emate(shanghai) Environmental Technology Inc
Original Assignee
Emate(shanghai) Environmental Technology Inc
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种亲水性中空纤维超滤膜及其制备工艺。所述超滤膜由以质量百分比计的聚偏氟乙烯32％‑36％，聚砜8％‑12％，有机溶剂45％‑50％，聚甲基丙烯5％‑7％，及无机改性剂2％‑4％制成。制备工艺为采用凝胶相转化法，将干燥后的聚偏氟乙烯和聚砜溶于有机溶剂中，于混合液中加入无机改性剂和聚甲基丙烯，搅拌后形成均匀的铸膜液，然后在恒温水浴脱泡；将脱泡后的混合液送入纺丝机中，用喷丝头挤出形成中空状纤维，静置，纤维中部分溶剂蒸发后，浸入水溶液凝固浴，液态纤维凝固成固态的中空纤维，经表面处理形成超滤膜。本发明所提供的超滤膜亲水性能大大提升，同时抗污染能力显著增强，膜成孔率也明显增加。

Description

一种亲水性中空纤维超滤膜及其制备工艺
技术领域
本发明属于超滤膜领域，具体涉及一种亲水性中空纤维超滤膜及其制备工艺。
背景技术
超滤膜是目前研究和应用最为广泛的膜分离技术之一，它是以膜两侧压力差为推动力，以超滤膜为介质，在一定的压力下，截留水中胶体、大颗粒和分子量相对较高的物质，允许水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。
超滤膜的性能主要由膜的材料决定，聚偏氟乙烯（PVDF）是一种化学稳定性好、耐热性强的新型聚合膜材料，但是其表面能极低，疏水性很强，在制作中空纤维膜时需要加入大量的亲水材料，使超滤膜具有亲水性，经过一段时间的使用，表面亲水材料会发生脱落，使超滤膜的通量下降。聚砜是一类性能优异的成膜高聚物，具有良好的化学稳定性、耐水性、耐热性，以及良好的成膜性和机械强度，被广泛的用于超滤膜的制备，但是其价格比较高，平均每吨价格在12～18万元，使用成本过于昂贵。目前，缺乏一种价格低廉，且过滤性能优越的超滤膜材料。
发明内容
本发明所要解决的是现有超滤膜材料因采用聚偏氯乙烯，使其超滤膜表面能低，加入亲水材料后，亲水材料易脱落，使超滤膜通量下降的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种亲水性中空纤维超滤膜，其特征在于，由下列以质量百分比计的原料制成：聚偏氟乙烯（PVDF）32%-36%，聚砜（PS）8%-12%，有机溶剂45%-50%，聚甲基丙烯（PMMA）5%-7%，及无机改性剂2%-4%。
优选地，所述的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）。
优选地，所述无机改性剂为SiO2。
本发明还提供了上述亲水性中空纤维超滤膜的制备工艺，其特征在于，采用凝胶相转化法，具体步骤如下：
步骤1）：将干燥后的聚偏氟乙烯和聚砜溶于有机溶剂中，混合搅拌至完全溶解；
步骤2）：于混合液中加入无机改性剂和聚甲基丙烯，搅拌至完全溶解；
步骤3）：在30±2℃下使用磁力搅拌器搅拌后形成均匀的铸膜液，然后在25±2℃下恒温水浴脱泡；
步骤4）：将脱泡后的混合液送入纺丝机中，用喷丝头挤出形成中空状纤维，静置，纤维中部分溶剂蒸发后，浸入水溶液凝固浴，液态纤维凝固成固态的中空纤维，经表面处理形成超滤膜。
优选地，所述步骤3）中磁力搅拌器的搅拌时间为4h，脱泡时间为24h。
优选地，所述步骤4）中的中空纤维的外径为0.85mm，内径为0.5mm。
优选地，所述超滤膜的截留率为94%-96%，膜通量为90-96L/（m2·h）。
本发明提供了一种亲水性能好，截留率和膜通量高，化学稳定性好并且成本相对较低的亲水性中空纤维超滤膜，与现有技术相比，本发明所提供的超滤膜亲水性能大大提升，同时抗污染能力显著增强，膜成孔率也明显增加。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
原料配方：（表1）
表1
组分 质量百分数
聚偏氟乙烯 36%
聚砜 8%
N,N-二甲基乙酰胺 45%
聚甲基丙烯 7%
纳米SiO2 4%
实施例2
原料配方：（表2）
表2
组分 质量百分数
聚偏氟乙烯 34%
聚砜 12%
N,N-二甲基乙酰胺 45%
聚甲基丙烯 7%
纳米SiO2 2%
实施例3
原料配方：（表3）
表3
组分 质量百分数
聚偏氟乙烯 32%
聚砜 10%
N,N-二甲基乙酰胺 50%
聚甲基丙烯 6%
纳米SiO2 2%
对比例
原料配方：（表4）
表4
组分 质量百分数
聚偏氟乙烯 36%
N,N-二甲基乙酰胺 50%
聚甲基丙烯酸酯 6%
按照表1-4各组分质量分数，采用凝胶相转化法，制备不同配方的复合改性超滤膜，具体制备方法如下：
（1）将干燥后的PVDF和聚砜溶于有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺中，混合搅拌至完全溶解；
（2）于混合液中加入无机改性剂纳米SiO2和聚甲基丙烯，搅拌至完全溶解；
（3）在30℃下使用磁力搅拌器搅拌4h形成均匀的铸膜液，然后在25℃下恒温水浴24h脱泡；
（4）将脱泡后的混合液送入纺丝机中，用喷丝头挤出形成中空状纤维，静置，纤维中部分溶剂蒸发后，浸入水溶液凝固浴，液态纤维凝固成固态的外径为0.85mm，内径为0.5mm中空纤维，经表面处理形成超滤膜。
实施例1-3制备的超滤膜性能与未经改性超滤膜性能指标对比如表5所示。
表5
性能指标 截留率（%） 水通量L/(m2·h)
实施例1 96.02 96
实施例2 94.35 95
实施例3 94.13 90
未改性超滤 89.02 75
从表5见，实施例1的截留率和水通量较实施例2与实施例3的高，说明无机改性剂纳米SiO2能够明显提升超滤膜亲水性能与截留率；实施例2较实施例3的水通量较大，说明随着聚砜所占比重增加，超滤膜亲水性提高。

Claims (7)

1.一种亲水性中空纤维超滤膜，其特征在于，由下列以质量百分比计的原料制成：聚偏氟乙烯32％-36％，聚砜8％-12％，有机溶剂45％-50％，聚甲基丙烯5％-7％，及无机改性剂2％-4％。
2.如权利要求1所述的亲水性中空纤维超滤膜，其特征在于，所述的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺。
3.如权利要求1所述的亲水性中空纤维超滤膜，其特征在于，所述无机改性剂为SiO2。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的亲水性中空纤维超滤膜的制备工艺，其特征在于，采用凝胶相转化法，具体步骤如下：
步骤1)：将干燥后的聚偏氟乙烯和聚砜溶于有机溶剂中，混合搅拌至完全溶解；
步骤2)：于混合液中加入无机改性剂和聚甲基丙烯，搅拌至完全溶解；
步骤3)：在30±2℃下使用磁力搅拌器搅拌后形成均匀的铸膜液，然后在25±2℃下恒温水浴脱泡；
步骤4)：将脱泡后的混合液送入纺丝机中，用喷丝头挤出形成中空状纤维，静置，纤维中部分溶剂蒸发后，浸入水溶液凝固浴，液态纤维凝固成固态的中空纤维，经表面处理形成超滤膜。
5.如权利要求4所述的所述的亲水性中空纤维超滤膜的制备工艺，其特征在于，所述步骤3)中磁力搅拌器的搅拌时间为4h，脱泡时间为24h。
6.如权利要求4所述的所述的亲水性中空纤维超滤膜的制备工艺，其特征在于，所述步骤4)中的中空纤维的外径为0.85mm，内径为0.5mm。
7.如权利要求4所述的所述的亲水性中空纤维超滤膜的制备工艺，其特征在于，所述超滤膜的截留率为94％-96％，膜通量为90-96L/(m2·h)。
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