[发明专利]一种正渗透复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种正渗透复合膜的制备方法，通过配制具有低临界溶解温度的高分子铸膜液体系，在合适的内外凝胶温度及组成等条件下纺制中空纤维多孔膜，再于其内表面界面聚合制备正渗透复合膜。本发明采用的具有低临界溶解温度的高分子铸膜液在低温下是均相稳定的，但在高温下发生相分离，相应的制膜机理与传统热致相分离法不同。本发明的中空纤维多孔膜的内表面皮层超薄、主体为海绵孔结构、孔隙率高、表面亲水性好，且在其内表面经界面聚合后形成的超薄脱盐层与多孔膜结合牢固、完整，这些特性显著降低了正渗透复合膜的传质阻力及内浓差极化，从而使本发明的正渗透复合膜获得优良的性能。

技术领域

本发明属于高分子膜分离技术领域，具体涉及一种正渗透复合膜的制备方法。

背景技术

正渗透膜分离过程以膜两侧渗透压差为推动力，不需要压差推动、能耗低、易清洗，在海水淡化、含盐废水处理、果汁浓缩、医药等领域具有广泛应用前景。正渗透膜分离过程的核心是具有半渗透功能的膜及其制备。早期的正渗透膜是整体非对称结构的正渗透膜，如HTI公司的三醋酸纤维素正渗透膜，目前更具发展前景的正渗透膜是正渗透复合膜。所谓的正渗透复合膜一般是由超薄脱盐层和起支撑作用的多孔膜复合构成。超薄脱盐层通常采用在多孔膜表面进行界面聚合的方法制备，多孔膜通常采用相分离法制备。理论上界面聚合法制备的超薄脱盐层可以让正渗透膜兼具高的选择性和渗透性，但实际上由于超薄脱盐层的强度低，必须有多孔膜的支撑。多孔膜的结构及特性对正渗透复合膜的完整性、物化稳定性以及分离性能具有显著影响，制备合适孔径、高孔隙率、亲水性好的多孔膜有利于降低正渗透过程的传质阻力及内浓差极化，从而获得性能优良的正渗透复合膜。用聚偏氟乙烯(PVDF)制备的多孔膜在耐溶剂、耐酸碱、耐紫外线及耐候性、耐清洗等方面性能突出。PVDF多孔膜的制备方法主要是相分离法，通常可分为非溶剂致相分离法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)。NIPS法以浓度差形成的溶剂与非溶剂交换导致高分子溶液发生相分离成膜为机理，TIPS法以温差热诱导导致高分子溶液发生相分离成膜为机理。目前用于制备PVDF多孔膜的TIPS法，其高分子溶液普遍为上临界溶解温度(UCST)体系，即高分子溶液温度从高温降到它的临界溶解温度时，发生相分离形成多孔膜。单一的NIPS法制备PVDF多孔膜需要调控的工艺参数众多；TIPS法制膜时高分子的溶解温度很高，通常高于PVDF的熔点温度，达180℃以上，能耗高、且用于溶解高分子的溶剂大多需要用有机溶剂萃取出来，工艺流程复杂且环境污染大。鉴于此，本发明提供了一种基于低临界溶解温度(LCST)体系制备PVDF中空纤维正渗透复合膜的制备方法。所述的低临界溶解温度(LCST)体系，是指高分子均相溶液从低温升高到超过它的低临界溶解温度时，发生相分离的体系。

发明内容

本发明的目的是针对现有正渗透复合膜及其制备技术的不足，提供基于低临界溶解温度体系的一种正渗透复合膜的制备方法，主要是通过配制具有低临界溶解温度的PVDF高分子溶液体系，在合适的凝胶浴温度下制膜，获得结构易于调控的PVDF中空纤维多孔膜，再在多孔膜表面进一步界面聚合制备正渗透复合膜。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种正渗透复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配制具有低临界溶解温度的聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液：按高分子PVDF质量百分含量为5％-40％，第二种高分子的质量百分含量为1％-20％，溶剂质量百分含量为50％-85％，小分子致孔剂的质量百分含量为1％-20％配置合适浓度的PVDF铸膜液，首先将小分子致孔剂完全溶解于溶剂中，之后加入PVDF和第二种高分子，搅拌加热溶解形成完全溶解的、具有低临界溶解温度(LCST)的高分子PVDF铸膜液体系，静置脱泡待用；

2)将上述配制好的PVDF恒温铸膜液从双通道的喷丝头中挤出纺制中空纤维初生态膜丝，控制铸膜液和芯液的流量以及纺丝速度，在空气段停留一定时间后浸入一定温度的外凝胶浴中，初生态膜发生相分离，从液相固化成膜，再将膜丝缠绕在卷膜机上；

3)将膜置于水中进一步把膜内的溶剂及氯化镁等完全溶出，得到PVDF中空纤维多孔膜；