[发明专利]一种中空纤维耐溶剂纳滤膜、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了掺杂氧化石墨烯的中空纤维耐溶剂纳滤膜、其制备方法及其应用；所述的中空纤维复合膜在超滤基膜上通过界面聚合法将氧化石墨烯引入分离层并进行后续的交联与活化制得。本发明通过在界面聚合的水相单体溶液中掺杂氧化石墨烯，使其很好的溶解并均匀的分布在皮层中，调控了界面聚合过程，提供溶剂快速传输的通道，较好地提升了膜的分离性能。同时，鉴于低浓度界面聚合单体的使用及氧化石墨烯调控界面聚合的作用，所制备的膜具有极低的粗糙度。本发明制备的膜性能优异，在有机溶液分离领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种中空纤维耐溶剂纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

工业生产过程中涉及大量有机溶剂的使用，传统的有机溶剂分离方法如冷凝、吸收、蒸馏、精馏等处理方法对溶剂的分离存在安全性差、污染大、能耗高、过程复杂且不能够有效的去除废液中小分子溶质等问题，不可避免的造成其具有分离效率低、效果差等缺点。膜分离技术因其低能耗、高效率等优势，在现有的分离过程中的地位日益增强。耐溶剂纳滤膜（OSN）分离技术在兼具纳滤膜分离特点的同时，可在苛刻复杂的有机溶液中使用。

目前，耐溶剂纳滤膜的研究主要集中在平板膜上，但中空纤维式膜具有装填密度大、自支撑以及组件制备简单等优点，具有广阔的应用前景。而现有的中空纤维耐溶剂纳滤膜具有表面粗糙度大、分离性能差以及长期运行稳定性差等问题。

氧化石墨烯（GO）具有微米或纳米级的尺寸以及大量的含氧活性官能团，如羟基、羰基、羧基和环氧基，其丰富的官能团结构赋予其优异的物化性质，如高强度、高表面活性以及在各种溶剂中优异的分散性能。GO性质稳定、分散性好、活性官能团多且片层结构容易发生剥离和滑动，具有很大的移动自由度，其片层间范德华力较弱，层间距易于调控。

发明内容

本发明针对现有技术中的中空纤维耐溶剂纳滤膜具有表面粗糙度大、分离性能差以及长期运行稳定性差等问题，提出了一种掺杂氧化石墨烯的中空纤维耐溶剂纳滤膜、其制备方法及其应用，本方法所制备的耐溶剂纳滤膜具有极低的粗糙度、很好的分离性能及长期运行稳定性。本发明的技术方案如下。

本发明的第一个方面公开了一种中空纤维耐溶剂纳滤膜，由基膜和其表面上的分离皮层构成，其中，

（1）所述的基膜材料为聚酰亚胺或含有能与多元胺化合物发生交联反应的酰亚胺基团；

（2）所述的分离皮层为聚酰胺、聚酰亚胺或上述两者的混合结构；

（3）所述的分离皮层中含有氧化石墨烯（GO）纳米材料。

优选的，所述的中空纤维耐溶剂纳滤膜为经过多元胺化合物交联后制得。

优选的，所述中空纤维耐溶剂纳滤膜的分离皮层超薄，其平均厚度小于50 nm。

优选的，所述中空纤维耐溶剂纳滤膜具有超光滑的分离皮层，其表面平均粗糙度小于10 nm，优选为小于5 nm。

优选的，所述的GO纳米材料的平均厚度小于2 nm，平均片径小于1000 nm。

优选的，所述中空纤维耐溶剂纳滤膜具有耐溶剂性能，在室温下的强极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中浸泡1天以上，对罗丹明B（分子量479道尔顿）的截留率保持在95 %以上。

优选的，所述的耐溶剂纳滤膜在25 °C下，对100 mg/L的罗丹明B （479道尔顿）-乙醇溶液中的罗丹明B截留率大于95%，乙醇渗透率大于10 L/(m².h.MPa) （简写为LMH/MPa）。

本发明的第二个方面公开了一种中空纤维耐溶剂纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：采用干喷湿纺的方法制备中空纤维基膜；