[发明专利]一种基于化学成孔制备高通透性超滤膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于化学成孔制备高通透性超滤膜的方法，包括以下步骤：（1）配制铸膜液：先将溶剂加入三口烧瓶中后加热至70~90℃，再在高速搅拌状态下依次加入非溶剂、无机致孔剂及高分子聚合物搅拌均匀，最后加入高分子成孔剂混合均匀后转移至料釜低速搅拌脱泡，得铸膜液；（2）制备膜丝：将铸膜液经过滤器过滤后由喷丝头挤出，喷丝头中心出内芯液，通过空气程后在凝固浴中成型，控干内芯液即得膜丝。本发明利用酸性芯液与铸膜液中无机粒子发生化学反应，通过控制内芯液的浓度以及在膜内表面中的停留时间使得膜壁内膜孔贯通性增强，但又影响膜外表面，能在一定程度上降低纺丝过程中成孔添加剂的含量，同时膜的通量得到较大的增加。

技术领域

本发明涉及高分子膜材料制备技术领域，尤其是涉及一种基于化学成孔制备高通透性超滤膜的方法。

背景技术

膜污染是膜分离技术不可避免的一个问题，且随着膜的使用时间增加，膜污染会逐渐加剧。膜与分离物料接触的表面，其膜孔的结构和化学物理性质的差异，对膜在分离料液中的污染速率起显著影响。通常认为膜污染主要是由以下的原因引起，包括浓差极化、膜孔堵塞、膜孔吸附以及滤饼层的形成等等。其中，因膜孔的结构问题，如孔径大小、孔径分布以及孔的形状等因素而造成的膜孔吸附、堵塞等，这部分结果几乎不可逆，膜污染后经一定程度的物理化学清洗也很难完全恢复到初始运行效果，从而使得膜运行通量下降。有效降低膜污染除了对进水进行各种严格的预处理工艺，减少有机物、微生物以及胶体等杂质对膜会产生的不利影响外，还应对膜表面结构进行优化提高。

目前很多优异的商品化超滤膜材料，其化学稳定性、机械性能以及热稳定性等都得到水处理领域的认可，但同时也看到大部分膜材料其本身疏水性强，通量低易受有机物造成不可逆污染而遭到应用限制。常规的改进办法主要是通过在成膜材料中加入各种无机、有机的成孔剂，同时还通过共混、接枝、离子处理等方式在膜内部或表面形成更多亲水基团，降低污染物在膜表面的沉积速率，从而提高膜运行通量。

很多文献也提出了通过化学反应提高膜丝孔隙率进而提高通量的办法。如专利CN106693731 A 发明公布了一种纳米碳酸钙掺杂聚砜制备高通量超滤膜的方法，经非溶剂致相分离法成膜，经过一定浓度盐酸水溶液后处理一段时间，形成高通量超滤膜；CN103831017 A 将纺锤型的固体造孔剂加入高分子成膜材料内，超声震荡分散后，成膜并对造孔剂进行酸溶液处理成孔；CN 102397760 A 涉及了一种聚砜超滤膜的制备方法，采用NIPS法工艺制备中空纤维膜，并经纯水清洗和无机酸提取后完全除去膜中残留的有机物成孔剂和无机盐类。该膜保持了聚醚砜材料而没有其余杂质，避免了湿态下的细菌和微生物滋生；CN 102527262 A 公开了一种化学强化致孔的高通量聚偏氟乙烯超滤膜的方法，该发明特点在于通过改变内芯液组成、凝胶相转化及后处理过程，利用内芯液、凝胶浴及后处理液与化学致孔剂之间的反应，进行化学强化致孔，制备高通量超滤膜。

上述方法都是以膜整体为处理对象，进行无差别化学处理成孔，但对于外压膜而言，化学成孔法在对膜外表面进行处理时容易因化学反应的不可控和反应不均匀性而出现缺陷，达不到理想效果，甚至破坏原有NIPS法所得较为致密和光滑的膜表面，一定程度上反而使得膜污染加剧。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的膜处理方法所存在的上述技术问题，提供了一种工艺步骤简单，过程稳定可控，可操作性强的基于化学成孔制备高通透性超滤膜的方法，通过合理控制内芯液的浓度以及在膜内腔的停留时间使得化学处理对膜外表面结构影响最小化，保持其表面平整、光滑，减少因膜孔堵塞或者吸附造成的不可逆污染。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于化学成孔制备高通透性超滤膜的方法，包括以下步骤：