[发明专利]一步成型的中空纤维纳滤膜丝及其制备方法

说明书

本发明提供一种一步成型的中空纤维纳滤膜丝及其制备方法，解决纳滤膜制备过程工艺繁琐，涂敷层厚度或交联反应程度难以控制的问题，在纺丝过程中亲水性的聚乙烯亚胺亲水基团会自动迁移到膜表面，与芯液中的戊二醛或乙二醇在相分离过程中发生同步交联反应，基膜的非溶剂相分离过程和纳滤选择层的交联反应同步进行，通过纺丝速度和芯液温度控制，无需界面聚合或者后交联步骤，一步成型获得内压式中空纤维纳滤膜。

技术领域

本发明涉及中空纤维纳滤膜领域，特别涉及一种一步成型的中空纤维纳滤膜丝及其制备方法。

背景技术

纳滤膜(Nanofiltration Membranes)是80年代末期问世的一种新型分离膜，其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为200-2000。目前，陶氏、通用电气等多家公司的卷式纳滤膜在市场上占据主导地位，这些膜均为复合膜，采用界面聚合及缩合法，其制备方法是在薄膜聚酰亚胺微孔基膜表面复合一层具有纳米级孔径的超薄分离层(TFC)制成。

然而，界面聚合及缩合法它们有许多不足之处，如成本高、耐污染性低、对于氧化剂/自由氯的耐受度低，以及清洁方法有限。主要缺点之一是TFC膜具有非常高的受污染倾向，首先，负电荷相对较少的表面和粗糙的表面，有机化合物有可能因为化学或物理的反应附着或滞留在膜表面。其次，TFC复合膜具有低耐氯性。通常，其自由氯的耐受性低于500ppmh，并且膜在自由氯含量超过0.5ppm的溶液中无法保持完整。因此，复合纳滤膜在诸多应用中受到复杂的预处理措施的限制。最后但并非最不重要的一点，由于TFC功能层与支撑层之间的松散亲和力，TFC膜不可进行反洗。

中国专利CN110141980A提供一种内压式中空纤维纳滤膜及其制备，其是通过在非溶剂致相分离过程中，制膜液体系中的聚乙烯醇的亲水基团和芯液中的亲水基团相互作用，聚乙烯醇分子链自主迁移膜表面和芯液中的戊二醛在草酸的催化作用下发生交联作用。然而该方案是采用大分子量的聚乙烯醇进行羟醛缩合反应，会在基膜表面形成较厚的功能选择层，从而导致膜的通量较低，聚乙烯醇与聚醚砜形成嵌入式结构也导致膜丝的机械强度有所降低，即其产生的膜丝通量低和机械强度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基膜的相分离和纳滤功能层的界面聚合反应同步进行的中空纤维纳滤膜及其制备方法，且该中空纤维纳滤膜解决膜表面抗污染性底，孔径大的问题。

为实现以上目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种一步成型的中空纤维纳滤膜丝，制膜体系包括铸膜料液和芯液；

铸膜料液是由亲水性高分子、溶剂和料液助剂混合溶解后经真空脱泡处理制得，其中亲水性高分子选择为聚醚砜，聚砜和含磺酸基材料的组合，其中含磺酸基材料选择磺化聚砜，磺化聚醚砜的任一种，且该亲水性高分子至少包括含磺酸基材料，该亲水性高分子溶质的含量为5-30wt％，分子量介于500000-800000Da，占配方的比例范围为15-35％。

其中溶剂选择为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮的至少其中一种。

料液助剂选择为聚酰胺，聚乙烯亚胺和聚酰亚胺的至少一种，分子量在6000-10000道尔顿。

芯液是由溶剂、非溶剂和芯液助剂混合溶解制备得到，其中溶剂包括二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮的其中一种，非溶剂包括水，乙醇的其中一种，芯液助剂包括乙二醇，戊二醛的至少其中一种。

一种一步成型的中空纤维纳滤膜丝的制备方法，包括以下步骤：

铸膜料液和芯液分别通过齿轮泵由铸膜液通道和芯液通道注入一个喷丝头，并经由所述喷丝头的铸膜液口和芯液口挤出中空管状液膜，然后，所述中空管状液膜经过空气间隙后先后通过两个凝固浴池后缠绕在绕丝轮，相变形成中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝依次经过水，甘油的浸泡，而后在空气中晾干。