[发明专利]一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜及其制备方法，尤其涉及一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜及其制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

中空纤维膜可广泛用于工业及市政污水的处理、饮用水净化、中水回用、食品加工、生物医药和气体分离等各种领域的过滤或分离。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种新兴的、综合性能优良的膜材料，其机械强度高，耐酸碱等苛刻环境条件和化学稳定性好，具有高分离精度和高效率的特点，在膜分离领域具有广阔的应用前景。目前聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法主要为溶液相转化法和热致相分离法，溶液相转化法制备的中空纤维膜水通量大、选择性高；热致相分离法制膜具有孔结构和通透性易控制的优点，两种方法在膜材料的制备中都有广泛的应用。然而溶液相转化法制备的中空纤维膜丝的机械强度差，在化学清洗中，特别是碱洗溶液清洗中，会发生膜丝变脆而劣化；热致相分离法制膜丝的机械强度为溶液相转化法制备的膜丝的4-5倍，抗化学性能也高，但易产生膜丝发脆的状况，也较易折断。目前，具有高强度、催化和抗菌作用的钩织网管加强的石墨烯改性PVDF中空纤维膜还鲜有报道。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜，由以下质量比的成膜体系组成：

其中，复合偶联剂由等质量比的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂混合而成。

亲水剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。

溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或多种的组合。

成孔剂为氯化钠或氯化锂或氯化钙或碳酸钙。

一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜的制备方法，其具体步骤为：

将0.02～1％的石墨烯与0.5～5％的石墨粉预混合后微波烘干，再加入0.2～0.5％的复合偶联剂和10～35％的聚偏氟乙烯进行高速混合；

向上述高速混合之后的配料中再依次加入2～28％的亲水剂、5～25％的成孔剂以及35～70％的溶剂，再次混合均匀制作成制膜料；

将制膜料过滤至纺丝罐中进行脱泡，控制脱泡温度为120～150℃；然后加压中空纤维膜复合模口与钩织网管复合再经凝固水槽分离定型，完成钩织网管加强的石墨烯改性PVDF中空纤维膜的制备。

本发明将石墨烯有效地加入到聚偏氟乙烯中然后与钩织网管复合制成钩织网管加强的石墨烯改性PVDF中空纤维膜，使得该膜具有了石墨烯的催化、抗菌等功能并大大提高了抗拉强度，在污水处理过程中可起到加速污染物的氧化降解以及防止细菌在膜表面繁殖的作用，从而提高膜的抗污染性能以及污水处理效果；同时，采用钩织网管加强，大大提高中空纤维膜的抗拉强度，在使用过程中不会断丝。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明中，一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜，由以下质量比的各组分通过预混合、高温溶剂相转化法工艺和复膜工艺制备得到：

其中，石墨粉为纳米级石墨粉；复合偶联剂由等质量比的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂混合而成；亲水剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；溶剂为高沸点的有机溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或多种的组合。

成孔剂为氯化钠、氯化锂、氯化钙、碳酸钙等无机盐。

一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜的制备方法，其具体步骤为：

为了使石墨烯能有效地分散在聚偏氟乙烯当中，同时也为了降低成本，首先将0.02～1％的石墨烯与0.5～5％的石墨粉预混合后微波烘干，再加入0.2～0.5％的复合偶联剂和10～35％的聚偏氟乙烯进行高速混合；

向上述高速混合之后的配料中再依次加入2～28％的亲水剂、5～25％的成孔剂以及35～70％的溶剂，再次混合均匀制作成制膜料；采用高温溶剂相转化法工艺(温度为120～150℃)，与钩织网管复膜工艺制备得到钩织网管加强的石墨烯改性PVDF中空纤维膜；这样才能将石墨烯有效均匀地分散在聚偏氟乙烯中，不会使得石墨烯产生团聚而失效或降低效用。改性高温条件，可使得膜层与钩织网管更好贴合，复膜牢度提高，不易剥皮。