[发明专利]一种用于染料脱盐的双层中空纤维疏松纳滤膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于染料脱盐的双层中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：1)将成膜聚合物、致孔剂、挥发性共溶剂、溶剂混合均匀；2)配置凝固浴，其中，所述凝固浴为水或浓度低于50wt％的溶剂I水溶液，所述溶剂I为乙醇、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；3)通过精确调控涂覆液配方和纤维形成(聚合物浓度、添加剂含量、共溶剂配比及空气浴长度(蒸发时间))，采用在线涂覆装置利用相转化制备分离孔径在纳滤范围的高强度双层中空纤维膜。本发明制备过程简单、经济、无需后处理、易于在连续工业生产中实现，同时对染料和盐有高的选择性，优异的渗透性，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及纳滤膜技术领域，具体涉及一种用于染料脱盐的双层中空纤维疏松纳滤膜的制备方法。

背景技术

纺织废水中含有大量的合成染料，复杂且难以降解，数百万吨的有价值的染料排放到地表水中，这增加了环境负担，威胁着人类健康。此外，大量无机盐(主要NaCl或Na₂SO₄)的存在增加了染料回收和纯化的难度。传统技术(如生物降解、吸附、混凝和高级氧化)因其能耗高，、分离效率低，分离装置复杂而受到限制。

纳滤(NF)是一种分离效果介于反渗透和超滤之间的膜分离技术，以分离效率高、能耗低、环境友好等优势，在诸多分离领域显示出巨大的潜力。然而，传统NF膜对二价盐有高的截留，这增加了染料和盐回收的难度。最近，制备用于分离染料/盐混合物的疏松NF膜受到越来越多的关注，因其相对较大的孔径，允许盐和水的高渗透，同时保持对染料分子的高截留，已经成为处理纺织废水重要的纯化技术。目前，许多方法(界面聚合、原位自组装、共沉积、接枝等)已经提出制造疏松NF膜。然而，这些报道的改性膜主导的是平板膜，需要复杂的制备程序和昂贵的原材料才能实现染料脱盐性能，这在很大程度上限制了其在纺织废水中的大规模应用。此外，与平板膜相比，中空纤维膜具有比表面积大、填充密度高、自支撑特性，预处理少等独特的优势。

采用传统的溶液相转化法制备的单质中空纤维膜力学性能差，在处理实际废水的应用中，纤维经受长时间高压水流的脉动或冲击扰动，高速水流以及频繁的清洗均对纤维产生较大的损伤，断丝已成为中空纤维使用过程中的常见现象。这种缺点不但影响设备运行中出水水质的稳定性，而且会增加工程运营的成本。因此，通过简单、廉价的程序开发高强度、高选择性中空纤维疏松纳滤膜仍然是一个挑战。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于染料脱盐的双层中空纤维疏松纳滤膜的制备方法，通过精确调控涂覆液配方和纤维形成(聚合物浓度、添加剂含量、共溶剂配比及空气浴长度(蒸发时间))，采用在线涂覆装置利用相转化制备分离孔径在NF范围的高强度双层中空纤维膜。本发明制备过程简单、经济、无需后处理、易于在连续工业生产中实现，同时对染料和盐有高的选择性，优异的渗透性，具有广阔的市场应用前景。

为此，本发明的技术方案如下：

1)配置涂覆液：将聚合物、致孔剂、挥发性共溶剂、溶剂按照如下质量百分比混合：聚合物16～28％、致孔剂0～5％、挥发性共溶剂0～30％、溶剂50～80％，各组分总和为100％；所述混合物在室温下搅拌5～24h得到均质涂覆液；

2)配置凝固浴：其中，所述凝固浴为水或浓度低于50wt％的溶剂I水溶液；所述溶剂I为乙醇、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；

3)制备用于染料脱盐的双层中空纤维疏松纳滤膜：中空纤维膜在牵引力作用下以1～3cm/s恒定速率垂直穿过涂覆装置，所述涂覆液均匀地涂覆于中空纤维膜的外表面，涂覆后的中空纤维经空气浴进入凝固浴，通过控制空气浴长度即挥发性共溶剂的蒸发时间并利用相转化，形成具有纳滤分离能力的双层中空纤维膜。将获得的纤维在清水浴中浸渍1天，然后转移到30wt％甘油水溶液中浸渍2天，在室温下晾干后放密封袋里保存。

进一步，步骤1)中所述聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)或磺化聚醚砜(SPES)中的其中一种或其任意比例的混合物。