[發(fā)明專利]一種高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410202695.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN104056558A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易磚;朱利平;王正寶;徐又一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/80
• 分類號(hào): B01D71/80;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高性能聚合物膜材料的制備和結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的制備方法。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)是近年來快速發(fā)展起來的一種高效，環(huán)保和節(jié)能的新型分離技術(shù)，近來在家用凈水設(shè)備、廢水處理、蛋白質(zhì)分離、海水淡化、血液透析、貴重金屬回收以及光電納米粒子的提純等眾多場(chǎng)合發(fā)揮著越來越重要的作用。從裝填密度、比表面積、安裝難易程度以及機(jī)械強(qiáng)度上說，聚合物中空纖維膜擁有比聚合物平板膜更好的節(jié)能效率以及更加便捷的封裝條件，因此在工業(yè)廢水處理以及市政工程中占領(lǐng)著主要的應(yīng)用市場(chǎng)。但目前的聚合物膜，包括聚合物中空纖維膜和聚合物管狀膜，多數(shù)是通過溶液相轉(zhuǎn)化法或熱致相轉(zhuǎn)化法制備，通過這些方法制備的分離膜材料，由于分相過程的內(nèi)在特點(diǎn)，決定了所制備的聚合物膜的分離活性層的開口孔徑的形成強(qiáng)烈的受限于分相過程的隨機(jī)性和偶然性，這一過程造成的問題直接決定了聚合物膜表面分離層的孔徑尺寸具有隨機(jī)性、孔徑分布不均勻。以具有這些孔徑分布的膜材料為兩相介質(zhì)進(jìn)行分離操作時(shí)，只能對(duì)目標(biāo)對(duì)象尺寸相差幾倍到幾十倍的物質(zhì)進(jìn)行分離，而不能對(duì)分子尺寸相差一倍到幾倍的物質(zhì)進(jìn)行有效分離。

區(qū)別于通過相轉(zhuǎn)化法制備聚合物分離膜的一般思路，利用嵌段共聚物的自組裝制備聚合物均孔膜是近年來發(fā)展起來制備高性能聚合物分離膜的新方法，采用溶劑組成改變觸發(fā)的聚合物自組裝原理結(jié)合相分離法制備的聚合物膜其表面孔徑分布均勻(離散度較小)，孔形狀規(guī)則以及孔隙率較高，基本解決了通過一般相轉(zhuǎn)化法制備的聚合物膜在孔結(jié)構(gòu)在形狀和尺寸分布上隨機(jī)性分布的缺點(diǎn)(CN 101516481 B；Nature Materials,(2007)6,992-996)。但是，通過嵌段共聚物自組裝制備的均孔膜由于較高的孔密度、材料選擇上的局限以及加工方法的限制，使得目前制備的幾種聚合物均孔(平板)膜韌性較差、易碎以及難以進(jìn)行后加工等若干缺點(diǎn)。因此，一種制備高韌性聚合物中空纖維均孔膜的新方法，不僅是為了解決傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)化法制備聚合物中空纖維膜在分離精度上的不足，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)化法制備出的聚合物均孔膜在機(jī)械性能上不足的針對(duì)性改善。當(dāng)前發(fā)明目的是提供一種制備高韌性均孔聚合物中空纖維膜的實(shí)用方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的制備方法。用于制備孔徑分布較窄，力學(xué)強(qiáng)度較好的高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的新方法,以彌補(bǔ)現(xiàn)有聚合物中空纖維分離膜孔徑分布較寬、無法實(shí)現(xiàn)高精度分離以及目前具有均孔結(jié)構(gòu)的聚合物平板膜的韌性較差等諸多問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將一種或兩種以上的嵌段聚合物、添加劑、填料溶解在含有至少一種良溶劑和至少一種非溶劑的混合溶劑中，形成鑄膜液；

(2)將所述鑄膜液經(jīng)過紡絲設(shè)備形成聚合物管狀膜；

(3)將聚合物管狀膜在空氣中停留1-30s，形成聚合物中空纖維初生膜；

(4)將所述的聚合物中空纖維初生膜浸沒到凝固浴中，使聚合物中空纖維初生膜在凝固浴中浸沒2-60s，形成固化的高韌性均孔聚合物的中空纖維分離膜；

(5)將固化的高韌性均孔聚合物中空纖維膜在水或甘油浸泡24h，晾干，即得到高韌性均孔聚合物的中空纖維分離膜。

進(jìn)一步地，所述的一種高韌性均孔聚合物中空纖維分離膜的制備方法，其特征在于，良溶劑與非溶劑的體積比在9:1-1:9之間。

進(jìn)一步地，所述嵌段聚合物、添加劑、填料的質(zhì)量體積比分別為：100-400g/L、0-400g/L和0-300g/L。

進(jìn)一步地，所述嵌段聚合物具有A-B或A-B-A或A-B-C或α-A-B-ω或α-A-B-ω或α-A-B-C-ω結(jié)構(gòu),其中A、B和C嵌段各是聚醚砜、聚芳砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚-4-乙烯基吡啶、聚-2-乙烯基吡啶、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚環(huán)氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、乙烯丙烯交替共聚物、聚丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、、聚己內(nèi)酯的均聚合物或者兩種以上組成的共聚物，α和ω選自羥基、巰基、羧基、氨基、烷基、碳-碳雙鍵、過氧鍵、分子量低于2000的聚乙二醇、分子量低于2000的聚丙二醇。