[发明专利]一种超分子中空纤维膜的制备方法

说明书

本发明申请公开了一种超分子中空纤维膜的制备方法，属于分离膜制造领域，将无机粒子填充、纤维共纺技术与传统的非溶剂相转化制膜工艺相结合。与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：极高的强度，亲水性增加，羟基碳纳米管赋予超分子膜亲水性，且被含亲水基的超分子包裹保护，克服了传统无机粒子易剥离的缺点。

技术领域

本发明涉及一种分离膜的制备方法，具体为一种超分子中空纤维膜的制备方法，属于分离膜制造领域。

背景技术

中空纤维膜分离技术是目前膜法水处理技术中应用最广泛的分离膜形式，具有装填密度大、占地面积小、分离效率高、运行稳定易操作成本低等优点，可用于污水的处理和回用、市政给水的净化、溶液的分离、浓缩和提纯等，目前已广泛应用于环保、能源、石油、化工、食品、医疗等多个领域。现有中空纤维膜主要采用聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PSF）等有机材料，纤维强度较低；另外，有机材料的疏水性较强，膜的耐生物污染性能较差。因此提高膜材料的强度和亲水性一直是膜分离技术的主要研究领域。

发明内容

针对现有中空纤维膜强度低和耐污染性差的缺陷，本发明的目的是提供一种含羟基碳纳米管、超分子的有机中空纤维膜。本发明所述的技术方案是，设计一种新型分离膜制造工艺，将无机粒子填充、纤维共纺技术与传统的非溶剂相转化制膜工艺相结合。该工艺包括：

1.铸膜液的配制：（1）将常规膜材料，如：聚偏氟乙烯聚醚砜、或聚砜，或两者的共混物和溶剂及致孔剂配制成一定浓度的铸膜液A。

（2）在较高的温度下，将常规有机聚合物、羟基碳纳米管与超分子、表面活性剂配制成一定浓度的铸膜液B。

2. 共纺丝：铸膜液A从中空纤维喷丝板挤出时，铸膜液B从超细喷口喷出，二者一起落入凝固浴发生相转化，并经过漂洗、卷绕等工序，得到羟基碳纳米管、超分子聚醚砜超分子膜。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1. 极高的强度，超分子为高强度有机物，碳纳米管为无机填充材料，二者赋予有机中空纤维膜极高的强度；超分子、聚醚砜为长链绞联结构（超分子聚集体），不易分离。

2.亲水性增加，羟基碳纳米管赋予超分子膜亲水性，且被含亲水基的超分子包裹保护，克服了传统无机粒子易剥离的缺点。

3. 铸膜液A、铸膜液B均含有相同的常规有机聚合物（如聚醚砜），在共纺时两种溶液不会发生分相。铸膜液B中的常规有机聚合物被超分子包裹成超分子/常规有机聚合物聚集体。

4. 超分子溶液B从超细喷口喷出时呈极细纱状，且被空气冷却至于铸膜液A相近的温度，因此不会因为温度波动造成相分离。

5.羟基碳纳米管直接掺混制备铸膜液A时，碳纳米管不易混匀，且对计量泵的磨损较大；把它加入铸膜液B,以溅射的方式混入中空纤维膜壁，被超分子包裹成超分子/羟基碳纳米管聚集体。

附图说明

图1为本发明所述超分子中空纤维膜纺丝装备和工艺示意图。图1中：1.溶料釜搅拌系统；2.溶料釜；3.阀门；4.计量泵；5.喷丝板；6.芯液釜搅拌系统；7.芯液釜；8.阀门；9.计量泵；10.凝固浴；11.漂洗浴；12.卷绕辊；13.静电纺装置；14.高温高压超细喷口。

图2为高温高压超细喷口的排布位置示意图，喷头数量为2-50个。图2中：1.中空纤维出料位置；2.喷口。

图3 超分子加强中空纤维膜的示意图。图3中：1.中空纤维；2.超分子/羟基碳纳米管聚集体；3. 超分子/常规聚合物聚集体。

图4中4、5、6分别为几种关键材料的示意图：4.超分子、5.羟基碳纳米管、6常规聚合物。

图5为图4的俯视图。

具体实施方式