[发明专利]一种利用纳米纤维素晶体共混改性超滤膜制备方法

说明书

本发明公开了一种利用纳米纤维素晶体改性超滤膜的制备方法，属于膜材料的制备领域。本发明要解决现有纳米材料共混改性超滤膜过程中纳米材料价格昂贵以及制备过程中材料分散性不好、亲水性不足和易团聚问题。本发明方法首先将纳米纤维素晶体超声分散于有机溶剂中，接着加入添加剂和聚合物膜材料，加热搅拌均匀，真空脱泡得到铸膜液；将铸膜液均匀的刮到无纺布上，进入凝胶浴得到改性超滤膜。本发明制备方法很好的利用了纳米纤维素晶体的亲水性和机械强度，极大的提高了超滤膜的抗污染性能、过水通量和机械强度，延长了膜的使用寿命。同时，改纳米材料来源广泛、廉价易得、在溶剂中分散性好，使得制膜成本相对较低，便于工业化生产。

背景技术

本发明属于膜材料的制备领域，具体涉及一种利用纳米纤维素晶体共混改性超滤膜制备方法。

技术领域

超滤膜是超滤技术的核心组成部分，对超滤运行效果起着关键性作用，而超滤技术存在的主要问题大都与膜材料有关。膜污染是阻碍超滤技术发展的主要障碍之一，主要是由于污染物在膜孔内或膜表面沉积导致的，从而恶化膜的过滤性能和增加运行成本。很多学者对膜污染机理及其控制方法进行了大量深入的研究，但超滤膜污染中的水力不可逆污染问题一直没有得到很好的解决。而影响超滤膜长期稳定运行的另一个问题是膜的机械强度不足。与无机膜材料相比，超滤膜机械强度不足问题主要存在于有机膜中。运行过程中，超滤膜需要频繁的水力冲刷、反洗及曝气，因而长期承受水流剪切力、气泡的剪切力以及化学药剂浸泡带来的老化问题，这些综合作用的结果是直接影响超滤过滤性能和膜使用寿命。运行条件优化、合适的预处理工艺和膜组件优化设计均可在一定程度上缓解超滤膜运行中存在的膜污染、破损以及机械强度不足等问题，但若需根本上解决这些问题，就需要从膜材料本身入手，如何制备出高通量、抗污染和机械强度高的超滤膜才是研究者关注的核心问题。纳米材料的发展为新型膜材料的制备提供了新的自由度，在聚合物材料自身特性限制下，引入纳米材料可极大的提高膜的性能，如亲水性、通量和机械强度等。专利CN104437120B、CN105478018A、CN105478018B和CN102961981B公开了一种功能化碳纳米管共混超滤膜的制备方法，提高了膜的抗污染和抗菌特性。专利CN107952375A和CN104548973A分别公开了一种氧化石墨烯与二氧化钛共混超滤膜制备方法，与未改性相比，纳米材料改性很大程度上提高了膜的亲水性和过水通量。于此同时，纳米材料昂贵的生产成本也在很大程度上增加了膜的制备成本，虽然膜性能有所提升，但以膜制备成本的增加为代价，大规模应用还存在很大的问题。与碳纳米管、石墨烯和二氧化钛等纳米材料相比，纳米纤维素晶体具有鲜明的优势，亲水性使得纳米纤维素晶体在聚合物中具有更好的分散性，可有效提升超滤膜性能；同时，纳米纤维素晶体的优势还体现在其成本低、可生物降解、机械强度高、可再生和原材料丰富等方面。

发明内容

本发明要解决现有纳米材料共混改性超滤膜过程中纳米材料价格昂贵以及制备过程中材料分散性不好、亲水性不足和易团聚问题，而提供了一种利用纳米纤维素晶体共混改性超滤膜制备方法。本发明极大的提高了膜的抗污染性、过水通量和机械强度，延长了膜的使用寿命，从而降低超滤膜长期运行和维护成本。

为解决上述技术问题，本发明中的一种利用纳米纤维素晶体共混改性超滤膜制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将纳米纤维素晶体超声分散于有机溶剂中，加入聚合物膜材料和致孔剂，加热搅拌后，在室温条件下对铸膜液进行真空脱泡处理至少24h，形成均相铸膜液；

步骤二、将步骤一形成的铸膜液均匀刮涂在PET无纺布上，静置蒸发15s～30s后，立即转移到凝胶浴内固化，然后用去离子水浸泡，即得到共混改性超滤膜。制备好的膜取出后在4-8℃条件下保存。

进一步地限定，步骤一所述的铸膜液中，纳米纤维素晶体的质量含量为0.5％～2.0％，聚合物膜材料的质量含量为12％～16％，致孔剂的质量含量为2％～6％，余量为有机溶剂。

进一步地限定，步骤一所述的聚合物膜材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚丙烯腈或聚氯乙烯。