[发明专利]新型亲水性中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜的制备方法，特别是一种新型亲水性中空纤维膜的制备方法。

背景技术

膜分离过程具有以下特点：（1）无相际间变化，可在常温及低压力下进行分离，因此其能耗低；（2）膜分离过程一般为简单的加压输送流体，工艺流程简单，易于操作管理；（3）设备体积小，结构简单，投资费用低；（4）物质在浓缩分离过程中不发生质的变化，因此适于保味和热敏性物质的处理；（5）适合稀溶液中微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的浓缩；（6）能将不同分子量的物质分级分离；（7）分离膜是由高分子聚合物制成的均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质脱落，保证超滤液纯净。

微滤具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。

分离膜是膜过程的核心，而膜材料直接关系到分离的性能。目前的有机高分子分离膜材料主要包括纤维素衍生物、聚砜类、聚丙烯腈类、聚烯烃类和含氟高分子等。纤维素衍生物的亲水性较好，但是其化学稳定性、力学性能较差，逐渐被其他分离膜材料所取代。聚砜类、聚丙烯腈类、聚烯烃类和含氟高分子等膜材料的具有良好力学性能，成膜性和化学稳定性，是理想的分离膜材料。但是这些膜材料都是疏水性材料，在使用过程中，膜的水通量会随着使用时间的延长而不可避免的降低，造成水通量降低的原因主要为浓差极化和膜污染。

由于膜的选择透过性，被截留组分在膜料液侧表面积累，其浓度往往比料液主体浓度高很多。浓差极化是指由于溶剂透过超滤膜以后，在膜表面溶质的局部浓度增加而引起边界层流体阻力增加，导致传质推动力下降的现象。浓差极化对于中空纤维膜通量的影响具有可逆性，可通过降低料液浓度或改善膜表面附近料液侧的流体力学条件来减小浓差极化对膜通量的影响。膜污染是指料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积，导致膜渗透流率下降的现象。膜污染包括以下几个原因：膜孔被有机物大分子堵塞，溶质分子在膜孔内的吸附，膜表面形成凝胶层。污染物在膜孔中沉积将造成膜孔减小甚至堵塞，实际上造成中空纤维膜的有效过滤面积减小。膜污染造成的通量衰减和分离特性的改变严重影响膜过程的技术可行性和经济成本，已成为限制膜技术进一步扩大应用的瓶颈。研究表明，具有亲水性表面的分离膜具有更好的耐污染能力。

制备耐污染的分离膜，当前主要的研究方法是膜中加入亲水性链段，通过改善膜面的亲水程度和电荷性质来减少膜污染。王志在Journal of membrane science (310:402-408) 将聚苯胺涂敷在聚砜超滤膜表面，提高其抗污染能力。徐志康在Polymer (45:399-407) 和Biomaterial（26:589-598）上报道在聚丙烯腈和丙烯腈/马来酸酐共聚物的共混膜表面接枝不同分子量的聚乙二醇，改善了膜的亲水性和抗污染能力，研究表明分子量400的聚乙二醇分子有最好的抗污染效果。姜忠毅在Journal of membrane science (300:71-78)中提出在聚醚砜超滤膜表面用硼酸钠交联聚乙烯醇，提高了膜表面的亲水性，改性膜在BSA溶液中能够保持比较稳定的通量和86.3%的流量恢复率。Mayes等Journal of Membrane Science （298:136–146）将丙烯腈和聚乙二醇甲基丙烯酸酯的共聚物与聚丙烯腈进行共混，然后采用相转化法制备共混超滤膜，聚乙二醇链段在膜表面形成亲水性的聚合物刷，通过牛血清蛋白，海藻酸钠和腐殖酸污染实验表明，共混膜具有优良的抗污染性能。

共混改性法是指将改性剂与膜材料共同在溶剂中溶解，配制混合均匀的铸膜液，然后通过相转化法制备分离膜。该分离膜同时具有膜材料和改性剂的特性，当改性剂具有强亲水性时，该方法可以提高膜表面的亲水性。和其他改性方法相比，共混改性不仅简单易行，而且可以利用共混物原组分各自的优点而避开它们的缺点，以扬长避短。