[發明專利]一種雙改性中空纖維超濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710933409.2
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107551833B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 刁云濤;戴曛曄;王呈祥;胡路
• 申請（專利權）人: 重慶云天化瀚恩新材料開發有限公司;云南云天化股份有限公司
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/08;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 王靈靈;晁璐松

本發明涉及膜分離技術領域，公開了一種雙改性中空纖維超濾膜及其制備方法。本發明的雙改性中空纖維超濾膜由紡絲鑄膜液、凝膠浴和芯液制成，紡絲鑄膜液包括重量百分比為14％?20％的聚偏氟乙烯、5％?16％的聚乙烯吡咯烷酮和64％?81％的有機溶劑，且三種原料的重量百分比為100％，凝膠浴包括重量百分比為1％?10％的聚乙烯醇水溶液，芯液包括重量百分比為30％?60％二甲基乙酰胺水溶液，雙改性中空纖維超濾膜為中空管狀，其斷面由外向內依次為：外表面、管壁和內表面；管壁為非對稱海綿孔狀結構，管壁的壁厚為0.2～0.3mm；雙改性中空纖維超濾膜的純水通量大于700LMH，截留分子量為PEG100000，延展率200?300％。本發明的雙改性中空纖維超濾膜的膜絲強度優良，親水性良好，從而提高了膜的壽命并降低了組件的操作成本。

技術領域

本發明涉及膜分離技術領域，尤其是一種雙改性中空纖維超濾膜及其制備方法。

背景技術

膜分離技術是一種綠色高效的新型分離技術，其中的超濾膜技術已經用于分離、濃縮、純化和精制生物制品、醫藥制品以及食品，還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。而中空纖維超濾膜是一種應用廣泛的過濾介質，它能去除的物質包括生物分子、高分子聚合物、膠體物質，可實現回收、濃縮、萃取等工藝過程。

聚偏氟乙烯(簡稱PVDF)是一種半晶狀聚合物，其玻璃化溫度在-39℃左右，熔化溫度在160℃左右，熱分解溫度高于316℃。PVDF的大分子直鏈結構是-CH₂CF₂-，其中C-F,C-H和C-C各自的鍵能分別為453,414.5,347.5KJ/mol。C-C鍵作為主體聚合鏈被F原子與H原子包圍，從而使得PVDF有極佳的化學穩定性，熱穩定性以及機械穩定性。通過-CF₂-和-CH₂-兩個基團的交替排列，使PVDF產生極性，從而能溶解在某些極性溶劑中，如二甲基乙酰胺,N-甲基吡咯烷酮,二甲基亞砜和二甲基甲酰胺，這也使得PVDF成為一種理想的運用非溶劑誘致相轉化法制備PVDF膜的材料。然而，依然存在一些問題限制了PVDF膜更進一步的發展與應用，特別是在一些污水系統的純化與分離領域，譬如說飲用水的制備，廢水的處理及生物分離等方面。關鍵性的問題如下：在處理包含一些自然有機化合物如蛋白質的污水時，不易潤濕的PVDF膜易被污染。蛋白質易于吸附在膜表面或阻塞膜表面孔徑，從而降低膜的滲透性及最后的分離效能，縮減膜的使用壽命，從而提高膜組件替換和維護成本。

關于難潤濕的PVDF膜易受蛋白質污染，一種很可能的原因是在PVDF膜與水的界面幾乎不存在氫鍵的締合。難潤濕的PVDF膜表面自然會對水分子產生排斥作用并伴隨著熵的增加，這就使得蛋白質分子易于被膜表面吸附并占據膜的表面層。相比之下，有親水層的膜具有高的表面張力從而能通過與周圍的水分子形成氫鍵來在膜與污染主體之間重構一層薄的水分子界域。對于一些難潤濕的污染物，比如一些蛋白質而言，要靠近水界并破壞其規整結構是困難的，因為這需要不斷增加的能量來移開水分子界域從而暴露PVDF膜表層。

因此，通過各種方法提高PVDF膜的親水性從而提高膜的壽命并降低組件的操作成本，就顯得意義重大。近些年來，已經試驗了一些不同的方式來調適PVDF膜表面。物理改性可以分為兩大類，即表面改性和共混改性。表面改性通常采用在準備好的膜表面涂覆或嫁接一層功能層，其中除了一些改性點位于膜內的孔徑里，大部分改性點還是在膜的上表面或/和下表面，這主要是因為改性因子擴散進入膜孔里的能力有限。共混改性常用于在膜制備過程中獲得一些預想的功能性，也就是說膜的改性與制備是在同一過程中一步完成的，正因為如此，通過PVDF與相容添加劑之間的協同作用，膜表面與膜內孔徑中具有同樣的改性機會。