[發(fā)明專利]一種聚偏氟乙烯共混五孔中空纖維膜及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310068585.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103127837A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃健平;馬春燕;奚旦立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D69/08
• 分類號(hào): B01D69/08;B01D71/34;B01D67/00
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于五孔中空纖維膜及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種聚偏氟乙烯共混五孔中空纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)

膜的通量和截留率是膜的重要性能指標(biāo)，通常兩者又是一對(duì)矛盾的指標(biāo)，很難達(dá)到兩者同時(shí)提高。適用于廢水處理的膜重要性能是大通量，同時(shí)為了保證出水水質(zhì)還需要較好的截留效果。

大量的研究表明，添加劑作為鑄膜液的重要組成，對(duì)鑄膜液的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和膜的凝固方式和溶劑蒸發(fā)、溶出速度起著顯著影響，從而影響膜的性能。添加劑對(duì)膜結(jié)構(gòu)和膜性能的影響十分重要；添加劑能夠影響溶劑的溶解能力，即它們能改變聚合物分子在鑄膜液中的狀態(tài)；它們?cè)阼T膜液中占據(jù)一定的空間，從而在膜形成時(shí)可以生成孔；它們能夠影響沉淀劑進(jìn)入膜中的速度；它們能夠影響聚合物分子和鑄膜液中其它分子之間的相互作用；它們還能夠影響鑄膜液的揮發(fā)性及其對(duì)環(huán)境的敏感程度。因此，選擇合適的添加劑是非常重要的。添加劑的性質(zhì)和用量不僅決定膜的上述性質(zhì)，還影響到膜的致孔能力。通常可以把添加劑分為兩類：無機(jī)的添加劑和有機(jī)的添加劑，它們有著不同的用途。在鑄膜液中加入非溶劑添加劑有利于制備多孔膜，常見的有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、吐溫(Tween)等有機(jī)添加劑和LiCl、納米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZrO、FeCl₃等無機(jī)添加劑，高分子添加劑對(duì)膜的成孔效果更好，在后處理過程中不易被洗掉，增加了膜的親水性。這些高分子添加劑大部分是高分子表面活性劑，包含著兩個(gè)組成部分，一個(gè)是較長(zhǎng)的非極性基團(tuán)，稱為疏水基；另一個(gè)是較短的極性基團(tuán)，稱為親水基。

高分子聚合物PVP具有較好的制孔效果，用于共混膜的制備有較多報(bào)道。新型添加劑β-環(huán)糊精(β-CD)分子結(jié)構(gòu)是由7個(gè)葡萄糖單體以α-1，4糖苷鍵首尾相連形成的大環(huán)化合物，具有截頂錐形的立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于組成的每一個(gè)吡喃葡萄糖單元都是⁴C₁構(gòu)象，所有C₂和C₃的仲羥基都排在環(huán)狀分子的外側(cè)上端(較大開口端)，所有的C₆的伯羥基均排在錐體的下端(較小開口端)，這些羥基構(gòu)成了環(huán)糊精親水的外壁，而指向錐體內(nèi)部的C₃和C₅上的氫原子形成的C-H鍵的屏蔽作用構(gòu)成了環(huán)糊精疏水的內(nèi)腔。Tieke研究組對(duì)環(huán)糊精與聚電解質(zhì)層組裝膜進(jìn)行了研究，認(rèn)為環(huán)糊精多層膜基于環(huán)糊精的空腔形貌大小對(duì)芳香化合物有選擇性，認(rèn)為氨基環(huán)糊精可以作為芳香化合物的分子篩。由于β-CD具有外親水內(nèi)疏水的特殊結(jié)構(gòu)，它可以和多類客體分子(有機(jī)、無機(jī)分子、離子等)通過非價(jià)鍵力結(jié)合，形成超分子。β-CD這種特殊的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，可使β-CD與溶劑DMAc和聚合物分子相溶合，使聚合物鏈更容易集聚形成大分子網(wǎng)絡(luò)從而改善膜孔結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)糊精的研究大多數(shù)集中在環(huán)糊精分子的包結(jié)功能、合成功能新材料等方面，但作為聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和熱塑性聚氨酯共混膜材料的添加劑相關(guān)研究則未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚偏氟乙烯共混五孔中空纖維膜及其制備方法，該五孔膜水通量高，截留率穩(wěn)定，優(yōu)于只添加β-CD或者只添加PVP制備的五孔膜的性能；制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種聚偏氟乙烯共混五孔中空纖維膜，所述五孔中空纖維膜的原料組分包括：按質(zhì)量百分比計(jì)，

所述聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和熱塑性聚氨酯的質(zhì)量比為70～90:1～29:1～29。

所述溶劑為N,N-二甲基乙酰胺。

所述五孔中空纖維膜的五孔呈圓形，呈五層不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，依次為外皮層、外部小孔、海綿層、內(nèi)部大孔和內(nèi)皮層。

所述五孔中空纖維膜的透水率為365～780L/(m²·h)，平均孔徑為0.05～0.1μm。

本發(fā)明的一種聚偏氟乙烯共混五孔中空纖維膜的制備方法，包括如下步驟：

將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為70～90%、1～29%和1～29%的聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和熱塑性聚氨酯混合，得到共混聚合物；然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)14～22%的共混聚合物、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1～6%的聚乙烯吡咯烷酮、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1～6%的β-環(huán)糊精和余量溶劑混合，充分混合和溶脹，再升溫至70～90℃下攪拌24～36h溶解，脫泡后，采用干濕紡絲工藝進(jìn)行紡絲，獲得五孔中空纖維膜。