[发明专利]一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及制备方法，超滤膜由以下质量比的体系组成：聚偏氟乙烯20～45％、石墨烯0.01～1％、石墨粉1～5％、铁粉0～1％、复合偶联剂0.02～0.5％、亲水剂1～25％、稀释剂30～70％、成孔剂2～20％。超滤膜的整体制备方法为：石墨烯和石墨粉预混合、微波干燥；加入复合偶联剂、铁粉、聚偏氟乙烯，高速混合；加入其它原料制作成制膜料；采用热致相法制备超滤膜。本发明利用石墨烯或其与铁粉形成的特殊性能，制作出了具有催化、微电极、抗菌等功能的超滤膜，在应用于污水处理时，即具有过滤作用，又能够加速污染物的氧化降解作用，从而大大提高污水处理效率以及抗污能力。

技术领域

本发明涉及一种中空纤维超滤膜及制备方法，尤其涉及一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

中空纤维超滤膜技术是一种广泛用于水的净化，溶液分离、浓缩，以及从废水中提取有用物质，废水净化再利用领域的高新技术。目前产业化较好的中空纤维超滤膜制备技术主要是溶液纺丝法、熔融纺丝拉伸法以及热致相分离法。其中，溶液纺丝法由于需要使用大量的溶剂(占成膜体系的80％以上)，需要对溶剂进行回收、分离及循环使用，很容易造成环境污染并恶化劳动条件，因此发展受到限制；熔融纺丝拉伸法与溶液纺丝法相比，不需溶剂及其回收过程，工艺较为简单、生产效率较高，但由于其制孔过程对初生纤维聚集态结构的要求较为苛刻，存在纺丝、后拉伸工艺以及纤维膜微孔结构的控制难度较大的问题；热致相分离法是通过改变体系温度控制不同聚合物体系发生相分离，从而达到形成微孔结构的目的，该法与前二者相比，具有纤维膜微孔孔径较小、力学性能强的优点，已成为从理论向产业化研究的热点。但现有对热致相分离法制备中空纤维超滤膜的探讨中，大多数科研人员都将研究重点放在了如何提高超滤膜的过滤效果以及力学强度上，目前还鲜有对具有催化、微电极和抗菌作用的石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的报道。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，由以下质量比的成膜体系组成：

其中，铁粉的含量不为0。

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。

稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、对二甲苯、磷酸三丁酯、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。

石墨粉、铁粉均为纳米级。

一种石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的制备方法，具体步骤为：

将0.01～1％的石墨烯与1～5％的石墨粉预混合并微波烘干，然后加入0.02～0.5％的复合偶联剂、0～1％且含量不为0的铁粉、20～45％的聚偏氟乙烯，高速混合；

向上述高速混合后的配料中再依次加入1～25％的亲水剂、2～20％的成孔剂、30～70％的稀释剂，混合均匀制作成制膜料；

将制膜料倾倒至200～400℃的双螺杆挤出成型机中，使其加热至熔融状态；熔融后的制膜料经中空纤维膜模口挤出后冷却成中空纤维管；

向中空纤维管内通入压缩空气或高沸点非溶剂作为芯液，然后将中空纤维管送入气相或液相分离槽中，将制膜料中的稀释剂、成孔剂分离出来，得到石墨烯改性聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜。