[发明专利]一种生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：用酸性亚氯酸钠溶液对生物质进行浸渍处理得到生物质纤维素；将生物质纤维素分散在DMAC中得到纤维素‑DMAC体系；将PVDF、致孔剂、改性剂加入纤维素‑DMAC体系中进行分散，负压脱气泡处理后得到铸膜液；调整反应压力和温度，控制凝胶条件和纺丝条件采用NIPS法得到生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜。本发明利用生物质纤维素对PVDF改性，因引入亲水基团，膜表面显示了更强的膜表面张力，水与膜界面产生更多的氢键作用，可以有效阻止疏水性物质靠近界面层，抗污性更强，且具有较高的通量和机械强度。

技术领域

本发明属于废水处理领域的膜分离技术，具体涉及一种生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术是水处理应用的前沿技术，膜分离的原理是在外界压力或者能量的推动下，运用膜的渗透作用，实现对多种组分的分离浓缩过程。超微滤技术广泛应用在饮用水的净化、生活污水、工业废水的深度处理及再回用及某些行业中的物料分离过程。

MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。按照膜的结构可分为平板膜、管状膜和中空纤维膜等。按膜孔径可划分为超滤膜、微滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。中空纤维膜(又称帘式膜)其最常用的膜材料之一是聚偏氟乙烯(PVDF)，但PVDF膜存在亲水性差的弊端，同时膜抗污染性差，运行压力增长较快。需对PVDF材料做改性，目前改性方法主要有表面涂覆、表面接枝、共混改性。通过掺杂无机材料改性手段与铸膜液共混后引入亲水性基团、生成较多的自由基活性位点，提升表面亲水性能，改善膜的抗污染能力。同时改变分离层微观结构，改变膜孔结构，提高机械性能。

中国专利CN 107349802A公开了一种加强型石墨烯改性PVDF中空纤维膜及其制备方法。通过加入石墨烯和石墨粉及复合剂，增强膜表面的抗污染性能，但是石墨烯价格昂贵，增加生产成本。

中国专利CN 103170260A公开了一种基于改性纳米二氧化钛的中空纤维超滤膜纤维的制备工艺。通过接枝生成的二氧化钛在成膜剂中具有良好的分散性能，不易团聚，改进了传统二氧化钛在分散剂中易团聚的缺点。改性的中空纤维膜机械强度高。但是二氧化钛改性制备工艺条件苛刻，工艺复杂，容易掺杂其他物质。很难用于工业化生产。

中国专利CN 110665376A公开了一种利用碳纳米管涂敷改性中空纤维膜的制备方法。将碳纳米管分散液涂敷在寂寞载体表面。利用碳纳米管材料的亲水性、抗菌性、吸附性达到提升膜通量和抗污染性能的目的。但这种简单涂覆的方法表面碳纳米管改性层容易脱落。

综上，选择一种合适的改性材料较为关键。生物质广泛存在自然界中，从生物质中提取纤维素改性膜材料是一种资源化回用技术方法，生物质价格低廉，含丰富的官能团，孔隙发达，比表面积大，同时对水中为污染物有一定的吸附性能。同时纤维素对PVDF聚合物的改性可以提高PVDF材质的拉伸强度。因此，采用生物质纤维素与PVDF聚合物共混技术改性对超微滤膜的性能提升具有很大的优势空间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜的制备方法，本发明首先从生物质中提取纤维素，然后将PVDF材料与生物质纤维素进行共混改性得到改性中空纤维微滤膜，改性后膜分离层截面较为致密，有效改善膜材质亲水性。制成的MBR帘式膜组件抗污染性能更好。改性成本较低，改性材料的制备工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种生物质纤维素改性PVDF中空纤维微滤膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)生物质经过粉碎水洗后，加入酸性亚氯酸钠溶液中进行浸渍处理，用95％的乙醇溶液洗涤后得到生物质粗纤维素；取上述生物质粗纤维素置于碱溶液中进行碱处理，去除半纤维素后得到生物质纤维素，干燥后备用；