[發明專利]一種基于改性納米二氧化鈦的中空超濾膜纖維的制備工藝

有效

• 申請號: 201310135238.0
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103170260A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張千;張建平
• 申請（專利權）人: 河北麥森鈦白粉有限公司
• 主分類號: B01D71/78
• 分類號: B01D71/78;B01D71/70;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，涉及超濾膜纖維制備工藝，具體的涉及一種基于改性納米二氧化鈦的中空超濾膜纖維的制備工藝。

背景技術

超濾膜是用于液體混合物分離的新型膜技術，它是通過膜表面的微孔結構對物質進行選擇性分離。當液體混合物在一定壓力下流經膜表面時，小分子物質透過膜，大分子物質被截留，使原溶液中大分子濃度逐漸提高，從而實現大、小分子分離、濃縮、凈化的目的。超濾的過程在常溫下進行，低能耗、無污染，是一種節能環保的分離技術。

目前，膜材料多為有機聚合物，如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜樹脂、或聚醚砜樹脂與聚乙烯吡咯烷酮的混合物等。但是所制得的超濾膜存在機械強度、化學穩定性等方面的缺陷，限制了有機膜的使用范圍。

納米二氧化鈦屏蔽紫外線作用強，有良好的分散性和耐候性，具有高的比表面積、高活性等性能。在超濾膜制備中，通常加入一定量的納米二氧化鈦，以提高超濾膜的機械、化學性能。但是納米二氧化鈦的粒徑很小、表面能較高，易發生團聚現象，形成二次粒子，在成膜劑基體中分散效果不佳。因此，在實際應用過程中需要對納米二氧化鈦進行相應處理，提高其在成膜劑中的分散能力。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提高納米二氧化鈦在成膜劑中的分散能力，克服膜本身局限性，從而提供一種具有機械強度高、韌性好、水處理性能高的超濾膜。

本發明為實現發明目的采用的技術方案是，一種基于改性納米二氧化鈦的中空超濾膜纖維的制備工藝，包括如下步驟：

a、通過硅氫加成反應將甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯與甲基丙烯酸甲酯聚合，得到聚合物，備用；

b、將離子液體氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑和納米二氧化鈦按重量比(2~5):1加入到燒瓶中，升溫至50~70℃，磁力攪拌下加入與納米二氧化鈦按重量比為（2~4）：1的a步驟得到的聚合物，反應1~3h得黃色溶液；

c、將b步驟得到的黃色溶液和成膜劑按重量比1:(1~3)加入到反應釜中，在140~200℃下水熱反應10~20h，得到鑄膜液，靜置脫泡備用；

d、通過紡絲裝置將c步驟得到的鑄膜液制成中空超濾膜纖維。

所述的步驟b中的納米二氧化鈦制取步驟為：將偏鈦酸和濃度為10~12?mol?L^-1氫氧化鈉溶液按重量比(1~2)：1加入反應釜中，升溫至80~110℃，磁力攪拌1~3h，所得物質經洗滌、抽濾至中性，濾餅在70~90℃下烘干所得白色粉末即為納米二氧化鈦。

所述的步驟a聚合物的具體制備過程為:在裝有回流冷凝管、滴液漏斗的四頸燒瓶中加入甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯、甲苯和氯鉑酸混合溶液，通氮氣3~10min后，加熱攪拌，待溫度上升到70~90℃時，滴加含甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液，滴加時間1～1.5h，加熱回流進行硅氫加成反應；反應進行2~4小時后，將溫度降低到70~90℃，滴加含甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯的甲苯溶液，滴定時間1～1.5h，繼續反應，直到硅氫加成反應轉化率不再發生變化后，停止反應。反應過程中，定時取樣檢測反應程度。

所述的步驟d通過紡絲裝置將鑄膜液制成中空超濾膜纖維的過程為：采用干濕法，利用壓力使鑄膜液從裝置的噴絲頭擠出；經過一段氣體層后進入凝膠槽內的凝固浴中，沉淀膠凝；經淋洗，再用水浸泡5~15分鐘，牽伸定型后，晾干，即制得中空超濾膜纖維。

本發明的有益效果是：a、經過表面接枝的納米二氧化鈦在成膜劑中具有很好的分散性能，避免了未經過任何表面處理的納米二氧化鈦在成膜劑基體中發生團聚的現象，而導致力學性能下降；b、納米二氧化鈦表面接枝的甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯與甲基丙烯酸甲酯聚合物中的酯基與成膜劑之間具有較強的氫鍵作用，兩者的相容性好；c、制得的超濾膜抗張強度大、膜截留率高、機械強度高。這種膜纖維可用來制備超濾膜，用在水處理領域。超濾膜技術與常規水處理工藝結合使用，可以有效地去除水體中的污染物。本發明制備的復合超濾膜的截留率得到提高，即膜的抗污染能力增強。

具體實施方式

一種基于改性納米二氧化鈦的中空超濾膜纖維的制備工藝，包括如下步驟：

a、通過硅氫加成反應將甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯與甲基丙烯酸甲酯聚合，得到聚合物，備用；

b、將離子液體氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑和納米二氧化鈦按重量比(2~5):1加入到燒瓶中，升溫至50~70℃，磁力攪拌下加入與納米二氧化鈦按重量比為（2~4）：1的a步驟得到的聚合物，反應1~3h得黃色溶液；