芳香族聚脲中空纖維膜及其制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種中空纖維膜及制備方法，尤其涉及一種高通量的芳香族聚脲中空纖維膜及其制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
膜分離技術(shù)是一門新型、多學(xué)科交叉的分離技術(shù)。與傳統(tǒng)的化工分離方法，如過濾、蒸發(fā)、蒸餾、萃取、深度分離等過程相比較，具有能耗較低、適合熱敏性物質(zhì)分離、分離裝置簡單、操作方便、分離系數(shù)大、應(yīng)用范圍廣、工藝適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。廣泛適用于石油化工、食品、醫(yī)藥、天然物質(zhì)提純與濃縮、水的凈化和廢水處理等領(lǐng)域。
[0003]目前，膜分離用膜材料主要有，聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)等。其中芳香族聚脲(PUa)價格低廉、耐菌、耐酸堿性能優(yōu)良，是一種值得推廣的膜材料，但是PUa膜由于親水性差，用于水處理時，膜表面容易吸附有機(jī)物和蛋白質(zhì)等，造成膜污染，使其過濾性能衰減。因此，PUa膜的親水改性研宄勢在必行。芳香族聚脲(PUa)膜的親水改性方法一般有共混改性、共聚改性和接枝改性等，其中共混改性方法即在芳香族聚脲(PUa)鑄膜液中加入具有親水性的有機(jī)聚合物或者無機(jī)物填料，該方法工藝簡單，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明提供一種芳香族聚脲中空纖維膜及其制備方法，其可克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高水通量、抗污染能力強(qiáng)的芳香族聚脲中空纖維膜及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供一種芳香族聚脲中空纖維膜，包括芳香族聚脲鑄膜液，其所述鑄膜液由如下質(zhì)量比的組分制備而成:
芳香族聚脲 10-20%，
無機(jī)納米添加劑0.3-3%，
親水成孔劑4-12%，
表面活性劑0.05-4%，余量為溶劑。
[0006]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，優(yōu)選控制所述芳香族聚脲的聚合度為500-2500 ο
[0007]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，其所述無機(jī)納米添加劑為納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米三氧化二鋁中的任意一種或二種。
[0008]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，其所述親水成孔劑為聚乙二醇和/或聚乙烯吡咯烷酮。
[0009]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，其所述表面活性劑優(yōu)選為吐溫-20、吐溫-60、吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種或二種。
[0010]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，其所述溶劑優(yōu)選為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中任意一種。
[0011]本發(fā)明所述的一種芳香族聚脲中空纖維膜，其所述中空纖維膜的膜孔隙率為55-90%，純水通量為650-1600L/m2h，是指在壓力為0.1MPa，溫度為25°C的條件下。
[0012]本發(fā)明的另一目的是芳香族聚脲中空纖維膜的制備方法，其工藝步驟如下:
1)將上述各質(zhì)量比組分制成的芳香族聚脲鑄膜液，于30-65?溫度下攪拌均勻，靜置脫除氣泡為鑄膜液；
2)制中空纖維膜絲:以25-50°C的水或者水與溶劑的混合物為芯液，將芯液與I)步鑄膜液通過紡絲噴絲頭，在空氣中垂直行走，進(jìn)入凝固浴中凝固成型，控制凝固浴溫度為20-500C，制得中空纖維膜絲；
3)膜絲保濕處理:將2)步制成型的中空纖維膜絲于15-35°C的純水中浸泡20-30小時后，再將其置于水與甘油的混合液體中浸泡10-14小時，晾干膜絲即所述芳香族聚脲中空纖維膜。
[0013]本發(fā)明所述芳香族聚脲中空纖維膜的制備方法，其優(yōu)選工藝步驟如下:
1)將上述各質(zhì)量比組分制成芳香族聚脲鑄膜液，于35-60°C溫度下攪拌均勻，靜置脫除氣泡為鑄膜液；
2)制中空纖維膜絲:采用干-濕紡絲工藝紡制中空纖維膜絲，以25-50°C的水或者水與溶劑的混合物為芯液，將芯液與I)步鑄膜液通過紡絲噴絲頭，在空氣中垂直向下行走
5-50cm后，進(jìn)入凝固浴中凝固成型，控制凝固浴溫度為20-50°C，制得中空纖維膜絲；
3)膜絲保濕處理:將2)步制成型的中空纖維膜絲于15-35°C的純水中浸泡20-30小時后，再將其置于水與甘油的混合液體中浸泡10-14小時，晾干膜絲即所述芳香族聚脲中空纖維膜。
[0014]本發(fā)明所述芳香族聚脲中空纖維膜的制備方法，優(yōu)選控制3)步水與甘油的混合液體中甘油的質(zhì)量含量為20-35Wt%。
[0015]本發(fā)明所述芳香族聚脲的聚合度更優(yōu)選為1000-1900，其鑄膜液中含量優(yōu)選為14-18Wt%。芳香族聚脲聚合度低則其質(zhì)量百分含量可以較高，芳香族聚脲聚合度高則其質(zhì)量百分含量應(yīng)較低。
[0016]本發(fā)明所述的無機(jī)納米添加劑優(yōu)選是指納米二氧化娃(S12)、納米二氧化鈦(T12)、納米三氧化二鋁(Al2O3)中的一種，其含量優(yōu)選為0.5%-3 Wt%。在紡絲鑄膜液中加入親水性的無機(jī)納米粒子，可以提高膜的親水性、穩(wěn)定性、抗壓縮性以及改善膜的通量和截留率。由于無機(jī)納米添加劑與聚合物無相互作用，完全是物理分散存在，含量太低對膜絲性能的改善不明顯，含量太高，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使得中空纖維膜出現(xiàn)大量缺陷，減小膜的韌性。
[0017]本發(fā)明所述的親水成孔劑優(yōu)選是聚乙二醇(PEG，分子量400-2000)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30)中的一種，含量優(yōu)選為4-10Wt%。親水成孔劑可以調(diào)節(jié)芳香族聚脲膜的親水性、鑄膜液的粘度，從而影響芳香族聚脲膜的孔隙率以及純水通量等性能。
[0018]本發(fā)明所述的表面活性劑是優(yōu)選吐溫-20、吐溫-60、吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉中的任一種，含量優(yōu)選為0.1-2 Wt%。
[0019]所述凝固浴為水或水與溶劑的混合。水與溶劑的比例按需要進(jìn)行調(diào)整，以利于制備中空纖維膜絲即可。
[0020]本發(fā)明利用表面活性劑的滲透、乳化作用，在鑄膜液中改善有機(jī)相與無機(jī)相兩相界面的相容性，調(diào)節(jié)鑄膜液中高分子連續(xù)相與無機(jī)分散相兩相界面的相容性，使得無機(jī)添加劑分散相在鑄膜液中均勻分布并穩(wěn)定存在，同時表面活性劑還可以調(diào)節(jié)紡絲液與凝固液的界面物質(zhì)交換速度，最終使得紡制的中空纖維膜孔均勻。
[0021]【具體實(shí)施方式】:下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明所述各組分均可從市售獲得。
[0023]實(shí)施例1
在高速攪拌下，將500克聚乙二醇(分子量400)、100克氧化鋁即納米三氧化二鋁，75克吐溫-20即月桂酸酯，加入到3600克芳香族聚脲溶液中，所用溶劑為二甲基甲酰胺，其可按現(xiàn)有技術(shù)制備獲得，也可按照中國專利申請?zhí)朇N200410054328.8所述的方法配制，攪拌溶解均勻，攪拌溫度為60°C，靜置