[发明专利]一种光催化中空纤维超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于中空纤维超滤膜技术领域，具体涉及一种光催化中空纤维超滤膜及其制备方法。

背景技术

在当代工业生产中，超滤膜是常用的过滤用品，膜分离技术是当代新型、高效的分离技术，能满足现代工业节能、提高生产效率、原材料的再利用和消除环境污染等方面的需要。超滤膜是介于微滤膜和纳滤膜之间的一种以压力驱动的膜，超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一，可用于分离、浓缩、纯化生物制品，医药制品以及食品工业中，还可用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。但现有的超滤膜存在光催化性能低，抗污染效果不好，重金属吸附效果差等问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种光催化中空纤维超滤膜及其制备方法，可有效解决现有技术中存在的光催化性能低，抗污染效果不好，重金属吸附性能差等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光催化中空纤维超滤膜，包括以下重量份的组分：聚合物膜材料15-25份、光催化材料2-6份、杏鲍菇菌丝体粉3-6份、致孔剂8-15份、表面活性剂0.3-1.2份、亲水剂5-10份、添加剂1-3份和溶剂60-80份；其中，杏鲍菇菌丝体粉通过以下方法制备得到：用液氮将杏鲍菇菌丝体研磨粉碎，然后干燥至水分含量低于8%，制得。

进一步地，一种光催化中空纤维超滤膜，包括以下重量份的组分：聚合物膜材料20份、光催化材料4份、杏鲍菇菌丝体粉4份、致孔剂12份、表面活性剂0.6份、亲水剂7份、添加剂2份和溶剂75份。

进一步地，聚合物膜材料为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚烯烃、聚酰胺和聚酰亚胺中的一种或几种。

进一步地，光催化材料为二氧化钛、钨酸铋、氧化锌、氧化铁、三氧化二铝、氧化锡、金属或稀土元素或石墨烯掺杂的二氧化钛和金属或稀土元素或石墨烯掺杂的钨酸铋中的一种或几种。

进一步地，致孔剂为聚乙二醇（PEG）和/或聚乙烯吡咯烷酮（PVPK）。

进一步地，表面活性剂为吐温-80、乙二醇、丙三醇、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。

进一步地，亲水剂为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、α-甲基丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或几种。

进一步地，添加剂为壳聚糖、海泡石和膨润土中的一种或几种；溶剂为N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和N-甲基吡咯烷酮（NMP）中的一种或几种。

上述光催化中空纤维超滤膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将溶剂、光催化材料、杏鲍菇菌丝体粉、致孔剂、表面活性剂、亲水剂和添加剂依次加入溶解罐中，搅拌至完全溶解；

（2）将聚合物膜材料加入步骤（1）所得物中，于40-50℃搅拌至完全溶解，然后自然冷却至室温，静置脱泡22-24h，得铸膜液；

（3）采用传统的干-湿法纺丝工艺，控制铸膜液流速为5-8mL/min，铸膜液温度为50-60℃，超纯水凝固浴温度为15-25℃，凝固时间为1-3min；

（4）将步骤（3）所得物置于超纯水中浸泡、冲洗，然后再于50%甘油溶液中浸泡36-48h，最后室温干燥，制得。

本发明提供的光催化中空纤维超滤膜及其制备方法，具有以下有益效果：

（1）当光催化材料为金属掺杂的二氧化钛时尤其是铁、锰掺杂的二氧化钛，利用铁、锰的金属表面等离子体作用以及二者的相互促进作用，有效阻止了光生电子-空穴对的复合，极大地提高了光催化活性，由于金属离子的作用，拓宽了光敏波长的范围，提高了太阳光的利用率， 同时还极大地增大了二氧化钛的光催化活性。

（2）配方中还加入了杏鲍菇菌丝体粉本身可以吸附污染物中的有机染料，其金属锰还会促进杏鲍菇中酶，如漆酶的活性，更有助于吸附污染物中的染料及其他有害物质，还可以利用污染物中的重金属，并与其结合，促进酶的活性，从而起到降解污染物中重金属的作用，同时漆酶还能起到抑菌作用，使光催化中空纤维超滤膜不受细菌的侵害，延长了其使用寿命。

（3）配方中的添加剂壳聚糖、海泡石和膨润土有吸附作用，可以去除污染物中的重金属，其与杏鲍菇菌丝体粉在处理污染物重金属上起到协同作用。

（4）通过表面活性剂将聚合物膜材料进行改性，使疏水的聚合物膜材料表面生成自由基团而被激活，然后再与亲水剂进行结合，引入亲水基团，使亲水性基团被化学键合在膜表面，进一步提高了超滤膜的亲水性。