[发明专利]中空纤维复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及分离膜技术领域，特别是涉及一种中空纤维复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术以压力为驱动力，通过膜孔径尺寸和表面亲和性对混合液体进行选择性分离。与传统分离方法相比，膜分离技术具有选择性高、能耗低、分离效率高和便于实现自动化等优点。

热致相分离法(热法)和不良溶剂致相分离法(湿法)是两种常见的制备分离膜材料的方法。其中，湿法纺丝制备分离膜工艺简单，过程灵活可控，能耗低，在工业上应用更广泛。但湿法制备的分离膜一般为不均匀的大孔结构，这种结构会导致膜机械强度、渗透性能和截留性能低。

纳滤膜的截留分子量在200～2000，且其对一价离子和高价离子(二价及二价以上离子)具有明显的截留差异，分离性能介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤膜通过孔径筛分和道南电荷效应的双重作用实现介质的分离，因而与反渗透膜相比，纳滤膜具有更低的驱动压力和更高的分离效率，而与超滤膜相比，纳滤膜具有更小更精准的截留分子量。市面上的纳滤膜产品大多为以聚砜/无纺布为支撑层的平板卷式纳滤膜，卷式纳滤膜封装过程复杂，易结污垢，耐污染能力差，对进水要求高，且驱动压力为0.7MPa以上，能耗高。

发明内容

基于此，有必要提供一种机械强度好、驱动压力小、分离效率高的中空纤维复合纳滤膜及其制备方法。

一种中空纤维复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

以所述铸膜液为壳液，将所述壳液和芯液由中空纤维膜纺丝机的喷丝头挤出，进入中空纤维膜纺丝机的外部凝固浴中，得到中空纤维超滤膜；其中，其中所述铸膜液以质量百分数计包括15～30％的成膜材料、2～10％的亲水性聚合物、5～20％的不良溶剂及40～78％的溶剂；所述芯液为氮甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺及二甲基亚砜中的至少一种与水的混合液，或者所述芯液为水；所述喷丝头的入水间隙的距离为5～30cm，所述入水间隙的氛围为乙醇蒸汽、氮甲基吡咯烷酮蒸汽、二甲基乙酰胺蒸汽及二甲基亚砜蒸汽中的至少一种与空气的混合气体，或者所述入水间隙的氛围为空气，所述入水间隙的氛围相对湿度为30～80％；及

将所述中空纤维超滤膜置于水相溶液中浸泡5～20分钟，取出干燥后置于油相溶液中进行界面聚合反应在所述中空纤维超滤膜的外表面形成分离层，反应时间为2～60s，取出清洗干燥，在70～100℃的恒温条件下，进行热处理10～50分钟，得到所述中空纤维复合纳滤膜。

上述中空纤维复合纳滤膜的制备方法，采用湿法制备了中空纤维超滤膜，再在中空纤维超滤膜的外表面采用原位界面聚合方法制备了分离层，得到中空纤维复合纳滤膜。制得的中空纤维复合纳滤膜机械强度好，在较低的驱动压力下渗透性能良好。与平板卷式纳滤膜相比，制得的中空纤维复合纳滤膜具有装填面积大，驱动压力小，分离效率高及不易积垢等优点。

在其中一个实施例中，所述芯液与所述外部凝固浴的温度差为25～50℃。

在其中一个实施例中，所述混合气体中所述空气的体积百分比为75％～95％。

在其中一个实施例中，所述混合液中所述水的质量百分数为30％～70％。

在其中一个实施例中，所述外部凝固浴中凝固剂为氮甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺及二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的至少一种与水的混合液，或者所述外部凝固浴中凝固剂为水。

在其中一个实施例中，所述不良溶剂为水、乙醇、甘油、异丙醇、正丙醇及冰醋酸中的至少一种；所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮及磷酸三甲酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述成膜材料为聚醚砜、聚砜、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯及聚丙烯腈中的至少一种；所述亲水性聚合物为磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、壳聚糖、氨基化聚砜、羧基化聚砜、羧甲基纤维素、聚乙二醇及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

在在其中一个实施例中，所述水相溶液以质量分数计包括0.5～5％的多氨基单体、0.1～0.5％的表面活性剂及94.5～99.4％的水，所述油相溶液为质量分数0.01～0.2％的多元酰氯溶液，其中所述多元酰氯溶液的溶剂为正己烷和甲苯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述多氨基单体为哌嗪、聚乙烯亚胺、三氨基苯、对二氨基苯及间氨基苯中的至少一种；所述表面活性剂为吐温20、司班10、十二烷基磺酸钠、硬脂酸甘油酯、十二烷基氨基丙酸、十二烷基苯磺酸钠及十二烷基磷酸钠中的至少一种；所述多元酰氯为均苯三酰氯、对苯二酰氯及间苯二酰氯中的至少一种。

一种中空纤维复合纳滤膜，采用上述的中空纤维复合纳滤膜的制备方法制得。