[发明专利]一种湿式聚丙烯腈平板式超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，涉及一种超滤膜，更具体地，涉及一种湿式聚丙烯腈平板式超滤膜及其制备方法。

背景技术

超滤膜分离技术作为本世纪高新技术之一，以其常温低压操作、无相变、无能耗等显著特点成为一种分离过程的标准，并广泛用于饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药环保等行业。其中，平板式超滤膜为典型地可应用于大型水处理、自来水改造、中水回用、污水处理、海水淡化前置等的一种超滤膜。

目前国内外生产的平板式超滤膜主要是以聚丙烯腈树脂(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)为单体合成制备。然而，PVC超滤膜所需要的膜配方材料多，而且最终制得的超滤膜可能产生异味及有害物质，限制了超滤膜在饮用水净化、食品、医疗等领域的使用。而PVDF超滤膜成本高、亲水性差、易污堵、且更适于重度污染的水处理。现有的PAN超滤膜的主要缺陷在于亲水性有限，影响了膜的水通量，并且由于其内部结构的有序性和规律性不高，孔径分布较广，使其选择透过性、即截留率受限。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中PVC超滤膜的膜配方材料多且制得的超滤膜具异味、PVDF价格昂贵且应用领域局限、以及现有PAN超滤膜的水通量低和选择透过性不强的问题，提供一种膜配方材料少、高水通量、选择透过性强的湿式聚丙烯腈平板式超滤膜及其制备方法。

本发明要解决其技术问题主要通过以下技术方案得以实现：提供一种湿式聚丙烯腈平板式超滤膜，其中，由以下质量份数的原料制成：

聚丙烯腈树脂                10～25

添加剂                      5～15

纳米级无机小分子亲水物质    0.1～5。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜中，所述聚丙烯腈树脂的分子量为50000～150000。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜中，所述纳米级无机小分子亲水物质是粒径大小为30～100μm的氧化铝、二氧化硅或氧化锂。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜中，所述添加剂为聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、乙二醇独甲醚或氯化锂。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜中，所述聚乙二醇的分子量为400～2000。

根据本发明的另一方面，提供一种湿式聚丙烯腈平板式超滤膜的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

S1：将分子量为50000～150000的聚丙烯腈树脂烘干备用；

S2：将干燥好的聚丙烯腈树脂、添加剂和纳米级无机小分子亲水物质溶解于有机溶剂中，恒温恒压下搅拌均匀，保温脱泡后得四元铸膜液；

S3：将步骤S2中的四元铸膜液刮制在玻璃板上，在空气中挥发5～90秒后依次浸入到20～40℃的第一恒温凝胶浴中5～30分钟、20～40℃的第二恒温凝胶浴中5～30分钟、超纯水中24～36小时以及甘油中24～36小时，取出晾干多余甘油后密封保存，得到所述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜的制备方法中，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙酯或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜的制备方法中，在所述步骤S2中，所述干燥好的聚丙烯腈树脂、添加剂、纳米级无机小分子亲水物质和有机溶剂的质量份数分别为10～25、5～15、0.1～5和55～84.9。

在上述湿式聚丙烯腈平板式超滤膜的制备方法中，在所述步骤S2中，所述恒温恒压搅拌的最佳反应温度和压力条件分别为：60～80℃和0.1～0.15MPa的氮气保护。

实施本发明可以获得以下有益效果：本发明采用聚丙烯腈树脂为原料，并辅以添加剂和纳米级无机小分子亲水物质，得到一种高性能的超滤膜。采用本发明制得的超滤膜其外表面具有一致密层，在致密层内侧为一疏松的网状结构层。

本发明中，纳米级无机小分子亲水物质一方面可改善所制备的超滤膜的亲水性，使膜表面与溶液间的亲水角增大，从而使水流通量提高。另一方面，其使得超滤膜外表面的致密层及内侧的网状结构排布得更规律，超滤膜的孔径分布规律，因此实现了具有一定针对性的选择透过功能，截留率高，优化了超滤膜的整体性能。

本发明制备超滤膜的凝胶化过程经第一和第二凝胶浴处理，保证充分的凝胶效果。本发明所制得的超滤膜稳定性强、耐污染能力好且无异味无毒害物质渗出，经亲水改造进一步具有高水通量与截留性能。