[发明专利]一种耐酸碱抗污染超滤膜片的配方及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种耐酸碱抗污染超滤膜片的配方及其制备方法，利用含有不同基团的高分子化合物的混合物成膜，改善了单一化合物成膜亲水性的性能，并利用无纺布基底的机械强度，提高了超滤膜的机械强度，因此大大提高了超滤膜的使用寿命。

技术背景

膜分离技术是一种新型的替代性分离技术。随着膜技术的发展，越来越多地应用在生活及工业生产领域。按照目标分离物质的大小，膜被分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。

膜分离技术是一种新型的分离技术，是指在外界能量或化学位差的推动作用下，借助膜的选择渗透作用对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯、富集等分离过程。膜分离技术作为一种新兴的替代型的高效分离技术，被广泛应用于化工、纺织、石油、食品、医药，环保、电了、轻工、生物工程、能源工程等诸多领域，被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一，甚至膜分离技术的发展被称为“第三次工业革命”。

如上所述，超滤膜分离技术是膜技术中的一大类，是以压力为推动力，利用膜的孔径、材料表面化学特性等使溶剂、小分子溶质透过膜，而胶体、蛋白质、细菌、病毒等大分子物质被截留、浓缩的分离过程，从而实现大分子物质与小分子溶剂的分离。超滤膜在应用过程中，由于待分离的对象不同，因此运行的工况条件也会相应的有所不同，如膜的预处理工艺、消毒灭菌工艺、清洗工艺均会有所区别。为了应对不同的膜工艺条件，实际应用中对成膜材质的要求亦不同。常用超滤膜材料有聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等高分子材料。

在上述的多种高分子材料中，聚偏氟乙烯是一种重要的成膜材料。聚偏氟乙烯所形成的超滤膜具有物理和化学稳定性好，相对于聚砜、聚醚砜等成膜材料，其耐化学腐蚀，尤其是耐酸碱腐蚀的特性尤为突出，且聚偏氟乙烯还具有成膜特性优良的优点。但是聚偏氟乙烯由于本身具有较多的疏水性集团，因此所形成的膜疏水性强、在过滤水介质物料时、容易造成严重的膜污染，造成分离效率下降。为了克服聚偏氟乙烯膜材料本身的亲水性差、易污染等缺点，人们尝试使用一些物理或化学方法对其进行改性。如利用Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等无机纳米粒子或有机物质对聚偏氟乙烯超滤膜材料进行改性研究，通过以上方法制备出的超滤膜表现出优异的使用性能。

增强超滤膜的机械强度是在实际工业生产中尤为重要的，因为机械强度决定了膜，以及由膜形成的膜组件的使用寿命，在实际使用中，很多膜系统和膜组件的失效不是由于膜微观过滤性能的失效造成的，而是由于膜片宏观上出现机械破损，从而造成膜组件过滤性能的失效，这一点在中空纤维膜及基于中空纤维膜的膜组件上尤为突出。因此提高膜片的机械性能对增加膜性能尤为重要，本发明所述的超滤膜是在无纺布基体上涂布铸膜液，因此最终膜的机械强度在很大程度上决定于无纺布的机械强度，而无纺布的机械强度远远大于铸膜液相转化法所形成膜片的强度。此外为了提高超滤膜的亲水性，本发明使用纳米纤维素晶体(nanocrystalline Cellulose)作为超滤膜改性的填充物，纳米纤维素晶体是从天然纤维中通过特殊方法提取形成的，纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一。而纳米纤维素(nanocrystalline cellulose，NCC)也被称为纤维素纳米晶体，是一种直径为1～100nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素。与普通的非纳米纤维素相比，由于NCC的高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，其在材料合成上展示出了极高的杨氏模量和强度等性能，加之其具有生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，使其在高性能复合材料中显示出巨大的应用前景。NCC的表面含有大量的羟基，使得其表面易于化学改性从而赋予表面不同的特性。通过表面改性能够提高其在疏水性基质材料中的分散性，扩大了纳米纤维素的应用范围，因此本发明利用纳米纤维素晶体的亲水特性来提高聚偏氟乙烯超滤膜的亲水性能，提高膜的抗污染能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高机械强度无纺布衬底上涂布以聚偏氟乙烯及纳米纤维素晶体为主要成膜高分子的超滤膜配方及其制备方法，该超滤膜具有较强的抗污染能力、高的水通量及较好的截留特性，使用发明生产的超滤膜具有机械强度高、分离性能好、使用寿命长的优点。

本发明的铸膜液配方成分为聚偏氟乙烯、纳米纤维素晶体、制孔剂的混合物，在一定的温度下把它们按顺序溶解到溶剂中。

本发明提出的一种耐酸碱抗污染超滤膜片的配方，其特征在于，它是将铸膜液涂布在高强度无纺布上，并且涂布的铸膜液配方的质量百分数比如下：