[发明专利]一种亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜，包括15‑20份聚砜、1.2‑1.7份磺化聚砜、33‑37份的聚乙二醇、42‑48份N,N‑二甲基乙酰胺及0.5‑5份改性纳米二氧化硅；所述的改性纳米二氧化硅为采用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷经过超临界二氧化碳处理改性的纳米二氧化硅。本发明针对聚砜中空纤维膜性能中存在的问题，采用相转化方法制备一种亲水型的聚砜/二氧化碳共混中空纤维膜。通过选用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷通过超临界二氧化碳处理使二氧化硅表面负载氨基功能团，使二氧化碳能够更好的存在聚砜膜中，同时氨基功能团起到固定多巴胺的作用，改善聚砜中空纤维膜的综合机械性能、亲水性及抗污染性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

聚砜(PSF)材料具有无毒、抗压密性好、化学稳定性好、耐热性高及pH适应范围宽等优点，现已成为了现代工业中应用最广泛的高分子膜材料。聚砜中空纤维膜亲水性和抗污染性能较差，在实际应用中容易被污染，使膜通量下降，导致膜的使用寿命降低。为此，人们在膜材料中引入无机纳米颗粒，如Al₂O₃，TiO₂，SiO₂，ZrO₂及碳纳米管等，以善聚砜膜的亲水性、强度、硬度及渗透性和抗污染性等性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜及其制备方法，它显著提供了聚砜膜的亲水性，并且提高了力学强度，渗透性及抗污染性也非常优异，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜，按质量份数计算，包括以15-20份聚砜、1.2-1.7份磺化聚砜、33-37份的聚乙二醇、42-48份N,N-二甲基乙酰胺及0.5-5份改性纳米二氧化硅；所述的改性纳米二氧化硅为采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷经过超临界二氧化碳处理改性的纳米二氧化硅。

所述的聚乙二醇聚合度400-20000，磺化聚砜磺化度为15-30％；

亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜的制备方法，按上述质量份数取各组分，包括如下步骤：

1)分别将聚砜、磺化聚砜及改性纳米二氧化硅在65-75℃下真空干燥12-24小时；

2)将干燥后的改性纳米二氧化硅加入到N,N-二甲基乙酰胺中，再通过超声方式使改性纳米二氧化硅均匀分散在N,N-二甲基乙酰胺中；

3)然后将干燥后磺化聚砜、聚砜与聚乙二醇和混合，在60-80℃的条件下，充分搅拌10-15h，使其形成均相的铸膜液，并进行真空脱泡，再通过喷丝板形成纺丝细流，纺丝细流从喷丝板喷出后经过空气间隙后浸入凝固浴中，通过溶剂N,N-二甲基乙酰胺和非溶剂水的传质交换而形成中空纤维膜；

4)将制备的中空纤维膜在蒸馏水中浸泡20-24h；然后将中空纤维膜在乙醇溶液中浸泡1-2h后取出，并立即浸泡在浓度为0.1-10g/L的多巴胺溶液中，浸泡时间为1-24h，浸泡温度为25-70℃，制备得到亲水型聚砜/二氧化硅共混中空纤维膜。

所述的喷丝板与凝固浴之间的空气间隙的长度为1-20cm，空气间隙的温度为20-50℃，湿度≤50-80％。

所述的改性纳米二氧化硅的制备是，先将纳米二氧化硅和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为100：1-20％；放入超临界二氧化碳反应釜中，在反应温度为40-50℃、反应压强≥20MPa、反应时间为1-2h的条件下进行，反应完成后，卸压，反复3-5次，得到改性纳米二氧化硅。

所述的超声方式的超声波功率为50-300W，时间为0.5-5h。