[发明专利]孔径窄分布聚芳醚酮中空纤维耐溶剂型纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了孔径窄分布聚芳醚酮中空纤维有机溶剂纳滤膜的制备方法，所制备的聚芳醚酮中空纤维纳滤膜能够用于石油化学行业中的物料分离及溶剂回收、制药行业中的活性药物提取和电子级湿化学品的纯化等领域。本发明利用具有多孔通道的喷丝头制备尺度较大的中空纤维膜以实现强度增强，使其在高操作压力下具有更为稳定的使用性能；采用与聚芳醚酮相互作用强但与稀释剂溶液相互作用弱的溶液为芯液，可以促使聚合物在界面迁移，实现分离层纳米级孔道结构的调控，使其在有机溶剂体系中具有高效的纳滤分离特性。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及孔径窄分布聚芳醚酮中空纤维耐溶剂型纳滤膜的制备方法。

背景技术

石油化学及制药行业是国民经济的支柱产业之一。在这些行业中，物料的分离与纯化、药物提纯与精制、溶剂回收等过程主要采用传统的蒸馏、精馏、结晶等方法，能耗大、成本高，通常占到总投资与能耗成本的40-70%（Nature, 532 (2016) 435-437；Nat.Mater., 16 (2017) 276-279）。

膜分离技术是一项新型的技术，不涉及相变，能够利用简单的物理筛分将物质进行高精度分离，已在水资源回收利用、海水淡化发挥了重大的贡献。将膜分离技术应用于有机溶剂体系的物料分离及纯化，降低能耗，实现可持续发展是大势所趋。但与水体系应用不同，在有机溶剂中使用，膜材料除了要求具有高的渗透分离特性外，还需具有强健的耐溶剂性能。

聚芳醚酮是一类亚苯基环通过氧桥（醚键）和羰基（酮）连接而成的一类结晶型聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。主要有聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚醚酮酮和聚醚酮醚酮酮等品种。聚芳醚酮分子结构中含有刚性的苯环，因此具有优良的高温性能、力学性能、电绝缘性、耐辐射和耐化学品性等特点。聚芳醚酮分子结构中的醚键又使其具有柔性，因此可以用热塑性工程塑料的加工方法进行成型加工。聚芳醚酮系列品种中，分子链中的醚键与酮基的比例越低，其熔点和玻璃化温度就越高。但是由于该类聚合物所具有的高耐热和耐溶剂性能，在成型加工成膜方面具有一定的困难，目前所有的聚芳醚酮器件都通过熔融注塑制备而成。但通过熔融注塑后拉伸的膜存在分离精度偏低问题，无法适应与目前石油和化学工业、制药行业中的高精度分离应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供孔径窄分布聚芳醚酮中空纤维耐溶剂型纳滤膜的制备方法，制备的膜具有高强度和高分离精度，以提高膜在有机溶剂条件下的使用稳定性，保证膜的使用寿命。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：

孔径窄分布聚芳醚酮中空纤维耐溶剂型纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）在200~350℃下，将质量分数为15~40wt%的聚芳醚酮和质量分数为5~10wt%的孔径调控剂置于质量分数为50~80wt%稀释剂中溶解均匀并脱泡获得铸膜液；

（2）配置与聚芳醚酮具有良好相互作用但与稀释剂相互作用不强的溶液作为芯液；

（3）利用多孔挤出通道喷丝头将铸膜液和芯液共挤出，外通道挤出铸膜液以形成中空纤维胚体，多孔内通道挤出芯液以促使形成的中空纤维胚体具有内腔，并实现膜内分离层孔道结构的调控，使其具有纳滤级别的分离特性；

（4）经过0.5~5厘米空气段间隙后，将形成的聚芳醚酮中空纤维模胚浸入温度为-20~20℃的凝固浴降温发生相转化，然后固化成膜，进一步利用低沸点的溶剂将膜中的稀释剂萃取去除，得到具有分离性能的中空纤维膜丝。

所述的聚芳醚酮树脂为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮中的一种或两种以上的混合。

所述的孔径调控剂为结构扭曲自具微孔型聚合物，如：螺环结构聚芳酯、特格勒碱结构聚酰亚胺、三叠烯结构聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁嗪酮、芳香框架聚合物中的一种或两种组合。