[发明专利]一种具有螯合功能中空纤维超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有螯合功能中空纤维超滤膜的制备方法，属于超滤膜技术领域。

背景技术

随着现代工业的快速发展，水污染问题变得日益严重。许多排放的工业废水含有大量的重金属离子，如Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、As³⁺、Ag²⁺等。这些重金属离子对生态环境构成了严重的威胁，是目前迫切需要解决的关键难题。在各种水体的去污处理方面，高分子分离膜以其分离效率高、节能环保、生产设备简单、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点，在污水处理领域具有相当大的优势，已成为污水处理领域中不可缺少的分离膜材料之一。

在高分子分离膜技术的发展进程中，膜材料的设计和改性是其中的关键，膜材料的化学性质和膜的结构对膜的分离性能起着决定性作用。国内外关于高分子分离膜技术研究都比较多，相关的专利也多有报道：1）专利CN101711952A报道了采用传统的干湿法纺丝工艺，通过加入极性单体配置亲水性铸膜液，制备出了一种纯水渗透系数大于230L/m²·h (0.1MPa)，纤维断裂伸长率大于200%，破裂压力大于0.55MPa的，具有永久亲水性的聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜；2）专利CN102512987A所公布的利用内凝胶介质，外凝胶介质及化学处理液与气体致孔剂之间发生化学反应，对膜进行强化致孔，从而制备出了高通量，高强度，高截留率，亲水性好的聚偏氟乙烯中空纤维膜；3）专利CN101254422公开了一种采用甲基丙烯酸甲酯和丁二烯作为增强剂，氯乙烯与另一种含羧基物质的二元共聚物作为亲水剂及聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮作为成孔剂配置的纺丝原液，制备出了一种高强度聚氯乙烯中空纤维超滤膜。然而由于这些中空纤维超滤膜只有微孔，没有具备对离子的吸附或交换功能，只能用于对不溶性颗粒或胶质过滤，而对于水中溶解性离子无法起到过滤作用。

另外，关于工业废水中的重金属离子的处理方面，也有一些相关的专利报道：1）专利CN103203188A报道了采用聚氯乙烯，聚乙烯-醋酸乙烯-乙烯醇共聚物和纳米羟基磷灰石配置铸膜液，通过干湿法纺丝工艺制备出了具有除去不溶性颗粒物质和溶解性重金属的双重功能的聚氯乙烯超滤膜；2）专利CN103212307A公布了通过将具有阳离子交换功能的全氟磺酸离子交换树脂在高温条件下，与强极性溶剂混合、搅拌、溶解，制备成全氟磺酸离子交换溶液，并与PVDF超滤膜纺丝液混合，采用干湿法纺丝工艺制备出了具有阳离子交换功能的PVDF中空纤维超滤膜；3）专利CN102527261A公开了一种采用有机-无机杂化中空纤维膜的制备技术，制备出了含有改性凹凸棒土，并具有耐压性能好、无需支撑体、通量大等优点的一种重金属离子吸附型的PVDF中空纤维膜。

以上这些中空纤维膜多是通过接枝、共混或交联的方法进行改性，将一些具有特殊功能的基团引入到高分子基材中，功能基团与重金属离子发生相互作用以达到除去水中重金属离子的目的。但这类中空纤维膜螯合能力有限，对重金属的吸附效率不高，且后续处理工艺复杂，因此需要根据膜分离的特点设计合成新型功能化的膜材料，进而制备一种成膜性和稳定性良好，螯合功能优异的中空纤维超滤膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有螯合功能聚丙烯腈-聚乙烯基四氮唑共聚物（PAN-PVT）中空纤维超滤膜的制备方法。本发明提出的方法制备工艺简单，无需昂贵设备，应用广泛。

本发明的基本构思是合成聚丙烯腈-聚乙烯基四氮唑共聚物，将共聚物配成纺丝原液，通过湿法纺丝工艺而得到具有螯合功能的中空纤维超滤膜。

本发明所提出的一种具有螯合功能中空纤维超滤膜的制备方法步骤如下：

1）聚丙烯腈-聚乙烯基四氮唑共聚物的合成：将一定量的聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化钠和氯化铵，待其溶解后加热进行反应。

2）共聚物的后处理：将反应液冷却至室温后逐滴加入到大量蒸馏水中，使聚丙烯腈-聚乙烯基四氮唑共聚物沉淀析出，抽滤后将沉淀物浸泡于氯化氢水溶液中以除去其中的离子，再次抽滤并用蒸馏水洗涤3次，将共聚物置于开放环境中自然干燥。

3）纺丝原液的配制：将一定量的聚丙烯腈-聚乙烯基四氮唑共聚物溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，真空排出其中的气泡，获得纺丝原液。