[发明专利]温度响应型中空纤维分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能型高分子分离膜技术，特别涉及温度响应性分离膜。

背景技术

高分子分离膜具有分离效率高、能耗低、操作简单等优点，已经成为分离提纯的主要手段之一。但是，目前已广泛应用于生产和科学研究的高分子分离膜，膜孔大小或膜的渗透性并不能响应环境温度的变化，当分离不同分子量的多种成分混合物时，需要采用孔径不同的几种膜分批、分级加以分离，分离过程复杂，生产成本高，从而限制了其在一些领域的应用。因此，近年来许多分离膜研究者致力于开发能响应环境温度变化的温度响应型高分子分离膜，即膜孔大小或膜的渗透性可以根据环境温度的变化而自动发生改变。该类膜可实现通过调节环境温度变化，只用一种膜就可分级过滤不同分子量物质的目标。

当前高分子分离膜研究和应用的膜材料中，PVDF由于具有良好的耐腐蚀性、疏水性、防污性等性能，已在众多高分子膜材料中成为佼佼者，并已形成一系列较为成熟的PVDF分离膜制品。因此，以PVDF作为温度响应型分离膜的首选材料进行温度响应性改性研究与开发具有重要的现实意义。

PVDF膜具有许多独特的优点，它的压电系数大、机械强度好、质轻、柔软、耐冲击、声阻抗易匹配、易加工成大面积、不受水和化学药品的污染、价格便宜等，而且PVDF具有良好的可纺性，可加工成中空纤维膜。PVDF中空纤维膜由于具有耐压性能好、无需支撑体，膜组件可做成任意大小和形状，在膜组件内的装填密度大，单位体积的膜面积大、通量大等优点，已被许多国家列为优先发展的高新技术之一。

目前，从现有文献报道来看，温度响应性PVDF中空纤维膜的制备方法主要有物理改性和化学改性两大类。

(1)物理改性方法。主要包括物理共混和表面涂层两类。物理共混方法所制备的膜的温敏性受共混温敏聚合物的性质和用量限制，而共混物的加入对成膜过程造成一定的影响。表面涂层改性方法存在涂覆层易从表面脱落，改性效果持久性较差，而且涂敷改性过程中易堵塞膜孔，降低膜通量等缺陷。

(2)化学改性方法。是一种简单而又行之有效的方法，即通过聚合反应，对PVDF成膜聚合物进行接枝改性等，使其具有温度响应性。通常，PVDF膜的化学改性包括基膜表面接枝改性和成膜物共聚改性两种方法。基膜表面接枝改性的特点是改性发生在膜表面层，对材料本体的性质影响不大，但温度响应性的大小和稳定性受接枝程度的影响较大。成膜物共聚改性的优点是温度响应性稳定，但共聚物成膜性能受到影响。

可以看出，上述几种方法均有不同程度的优点和缺陷。从目前研究来看，采用成膜物共聚改性方法制备温度响应性聚合物膜的研究较少。而该种方法，若采用恰当的共聚方法，选用合适的温敏单体进行共聚，则可合成对成膜性能影响不大，且温度响应性突出、温敏稳定性优良的温度响应性PVDF共聚物，从而有望制备出性能优良的温度响应性PVDF中空纤维膜。

近年来，就温敏材料选择而言，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)成为最常采用的温敏聚合物。PNIPAAm具有低临界溶解温度(LCST)，其LCST在30℃～34℃之间，且具有较快的响应速度。因此，在温度响应性PVDF分离膜研究领域，利用PNIPAAm可随外界环境变化而改变的特性，用其制成的分离膜，能实现可逆的变形。如果保持膜的大小不变，膜内的伸缩力会使膜孔发生胀大或缩小，从而改变膜孔的尺寸和膜的渗透性。