[发明专利]一种溶致液晶共混微孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子有机膜技术，具体为一种用于膜-生物反应器(MBR)水处理和化工分离过程的溶致液晶共混微孔膜及制备方法。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bio Reactor简称MBR)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。与传统的生化处理相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好、设备紧凑、占地面积小、易实现自动控制、运行管理简单。因此，该技术自开始研究以来极受关注。

进入90年代中后期，MBR在国外已进入了实际应用阶段。加拿大Zenon公司首先推出了超滤管式膜-生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜-生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从380m³/d至7600m³/d。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商，其在MBR的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他国家建有多项实际MBR工程。国内一些研究者及企业也在MBR实用化方面进行着尝试。

膜是膜技术的核心，特别是在MBR技术中与微生物共同作用，要求膜具有很好的耐生物腐蚀性和良好的机械强度。目前的MBR主要使用的高分子有机膜材料为聚烯烃类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。有机膜成本相对较低，造价便宜，膜的制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛，但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。膜污染严重制约了膜生物反应器的推广和应用。宏观上膜污染分为可逆和不可逆膜污染，如浓差极化所造成的污染是可通过物理、化学和生物方法来减轻和改善的一类污染，为可逆膜污染，而膜孔堵塞、不合理的料液性质使膜受到腐蚀及膜的自身劣化等称为不可逆膜污染。从污染物的性质又可分为有机污染、无机污染、生物污染等。生物污染，如帘式中空纤维膜组件，其可视为柔性填料，处理不当，微生物易在其上面吸附生长，形成生物膜，造成水通量下降。膜污染不但使MBR无法正常运行，还是膜的使用寿命缩短，使MBR的经济费用加大。防治膜污染是要解决的首要问题。影响膜污染的主要因素有：膜的性质、料液性质和膜分离操作条件、由于经常清洗，致使成本增加，膜寿命减少，根本解决途径是研制、开发具有耐污染性能的膜。尤其是耐生物污染的膜，这是当今越来越受关注的课题之一，是膜技术发展的方向之一。

目前，对膜材料耐生物侵蚀性能和机械强度性能的改进方法很多。B M尼基琴和N MBikales分别报到了高取代度的氰乙基纤维素具有很好的化学稳定性和耐微生物侵蚀性[参见BM尼基琴，木材与纤维索化学，天津大学化工系译，高等教育出版社.1955.307-315]。共混法是通过组成聚合物之间的互补性和协同效应来改善膜材料的性质，通过组成聚合物间的相容性差异来调节和控制膜性能。因此可以通过共混改性的方法将高取代度氰乙基纤维素的优良耐生物侵蚀性引入MBR膜材料中。同时，纤维素及其衍生物在适当的溶剂中可以形成液晶。何嘉松等[何嘉松等，一种聚砜/热致液晶聚合物/刚性填料的复合材料及其制备方法，申请号为200610113655.53]使用了一种热致液晶聚合物来制备复合材料，介绍了使用TLCP具有很好的流动性，在熔融加工时可以降低整个体系的粘度，改善了复合材料的加工性能。采用热致液晶对膜材料进行改性，虽可以保存液晶的取向结构，但是实施条件比较苛刻，如热致液晶分子需要在较高温度下才能表现出液晶特性，而采用溶致液晶可以在室温条件下即表现出液晶特性，节省能源，降低成本，方便实施；不过现有的通过S-L相转化法制备的溶致液晶微孔膜，在凝固浴中溶剂与非溶剂进行交换时会破坏液晶的定向排列，导致膜的机械强度较低，使用寿命较短，不利于实际推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供了一种溶致液晶共混微孔膜及其制备方法。该微孔膜在保持高分子有机膜固有优点的基础上，还具有机械强度高，亲水性好，适用于较低温度使用，且不易污染等优点；该微孔膜制备方法工艺简单，不需要新设备，没有污染，生产成本低，适于工业化实施等特点。

本发明解决所述微孔膜技术问题的技术方案是：设计一种溶致液晶共混微孔膜，该微孔膜的质量百分数组成为：

高分子成膜材料    25-40；

纤维素衍生物      0.5-10；

有机溶剂，        40-73.5；

添加剂            1-10，