一種環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法
【專利摘要】一種環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維納濾膜及其制備方法，采用熔融紡絲一次成型工藝制備均質(zhì)納濾膜，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，使用微毒或無(wú)毒稀釋劑和萃取劑，沒有功能層的制備及復(fù)合，不引入化學(xué)交聯(lián)劑，沒有哌嗪、間苯二胺、酰氯等有機(jī)活性功能單體殘留，環(huán)保無(wú)污染，制得的納濾膜具有海綿狀結(jié)構(gòu)，孔隙率均勻，水通量達(dá)30～40L·m-2·h-1，對(duì)二價(jià)離子的截留率達(dá)90％左右，對(duì)一價(jià)離子的截留率小于30％。制得的這種環(huán)保無(wú)污染的生態(tài)友好型醋酸纖維素中空纖維納濾膜可更好的用于食品領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域、水處理等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維納濾膜及其制備方法，屬于高分子膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域。具體為采用熔融紡絲法制備高性能醋酸纖維素中空均質(zhì)納濾膜。
【背景技術(shù)】
[0002]納濾是近二十年以來不斷發(fā)展起來的介于反滲透膜和超濾膜之間的一類新型壓力驅(qū)動(dòng)型特種膜，常被稱為“疏松型”反滲透或“緊密型”超濾膜。納濾技術(shù)操作壓力較低，設(shè)備投資小，膜水通量大，對(duì)于小分子的有機(jī)物有較高的截留率，而對(duì)一價(jià)態(tài)和二價(jià)態(tài)等高價(jià)態(tài)的離子選擇性卻有極大的不同，在去除高價(jià)離子和有害有機(jī)物分子的同時(shí)又能保留某些對(duì)人體有益微量礦物質(zhì)元素，是其他膜分離技術(shù)不可取代的。在水的軟化處理、廢水回收處理、醫(yī)藥工程、食品加工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從膜分離技術(shù)發(fā)展的過程來看，有機(jī)類納濾膜的研究起步相對(duì)較早，選擇分離性能較好，價(jià)格便宜，目前存在多種不同膜材料和采用不同工藝制備的納濾膜，但研究最多的大都是復(fù)合的納濾膜，有微孔支撐層與功能層復(fù)合而成，制備方法主要包括(I)等離子體氣相沉積法，用等離子體光輝使微孔支撐膜的表面產(chǎn)生致密的均質(zhì)層；(2)界面聚合法在微孔支撐膜表面上使用活性單體進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，生成功能層；(3)層壓法，首先制備出很薄的致密均質(zhì)膜，之后層壓于微孔支撐膜之上；(4)浸涂法，把聚合物溶液浸涂于微孔支撐膜之上，之后干燥形成復(fù)合納濾膜，也可以把活性單體或預(yù)聚物溶液浸涂于微孔膜上，之后熱處理或輻射固化。無(wú)論內(nèi)壓式還是外壓式納濾復(fù)合膜制備工藝都較復(fù)雜、成本高，并且還同時(shí)普遍存在的一個(gè)問題是在流體沖擊作用下功能層容易與支撐層脫離，致使膜分離性能大大降低。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102389718A是將醋酸纖維素中空纖維反滲透膜在氫氧化鈉水溶液中浸泡，用水洗滌后，再在氯乙酸溶液中浸泡，然后再用水洗滌，得到中空纖維納濾膜。RandaHaddad等人采用丙酮、甲酰胺混合溶劑配制成20?22wt%的醋酸纖維素鑄膜液，制得的膜針對(duì)苦咸水脫鹽，但最高脫鹽率為86%，且水的滲透率較低，僅為9.6L.πι2 *h \且鑄膜過程中采用了大量的甲酰胺，屬有毒溶劑，污染環(huán)境。本發(fā)明采用來源廣泛，價(jià)格低廉，抗氯性、抗氧化性、親水性及滲透性能較好的三醋酸纖維素做原料，鑄膜過程中使用無(wú)毒或微毒的溶劑和非溶劑，制備無(wú)需復(fù)合的高性能醋酸纖維素中空均質(zhì)納濾膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有問題，本發(fā)明提供一種制備高性能環(huán)保型醋酸纖維素中空納濾膜的方法，采用熔融紡絲一次成型制備中空均質(zhì)納濾膜，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，沒有功能層的制備及復(fù)合，不引入化學(xué)交聯(lián)劑，沒有哌嗪、間苯二胺、酰氯等有機(jī)活性單體的殘留，環(huán)保無(wú)污染，制得的膜材料可更好的用于食品領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域、水處理等領(lǐng)域。
[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡(jiǎn)單，環(huán)保無(wú)污染的生態(tài)友好型醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法。制得的中空纖維納濾膜具有海綿狀結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能強(qiáng)，孔隙率均勻，水通量達(dá)40?50L.!!!2 *h \對(duì)二價(jià)離子的截留率達(dá)90%左右，對(duì)一價(jià)離子的截留率小于30%。
[0005]本發(fā)明制備醋酸纖維素中空纖維納濾膜的方法步驟如下:
[0006]I)在雙螺旋共混機(jī)中將已干燥醋酸纖維素與稀釋劑、致孔劑混合均勻，所述醋酸纖維素酯化度260?300，三醋酸纖維素含量30?40wt%，稀釋劑含量55?65wt%，多元型致孔劑含量O?5wt%。
[0007]2)所述稀釋劑為環(huán)丁砜、I，4- 丁內(nèi)酯、多元醇等低毒性溶劑。
[0008]3)加入多元型致孔劑，所述多元型致孔劑包括不同分子量PEG、高氯酸鎂、納米KCULiCl 等。
[0009]4)將物料在共混機(jī)中攪拌溶脹，后通過進(jìn)料口加入已在180°C預(yù)熱4h后的雙螺桿擠出機(jī)中。
[0010]5)在160?180°C溫度區(qū)間由雙螺桿擠出經(jīng)噴絲頭成型，注意嚴(yán)格控制溫度，后經(jīng)水凝固浴卷繞于繞絲機(jī)，凝固浴溫度O?80°C，得到初生態(tài)中空纖維膜，在乙醇中浸泡12h萃取出稀釋劑。最后熱處理時(shí)間為10?40min，熱處理的介質(zhì)可以為非溶劑水、乙醇、丙醇或無(wú)毒的醚類有機(jī)溶劑，制得具有海綿狀孔結(jié)構(gòu)的高性能環(huán)保型醋酸纖維素中空納濾膜。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施做具體說明:
[0012]實(shí)施例1
[0013]將三醋酸纖維素、環(huán)丁砜、多元型致孔劑在雙螺桿混合機(jī)中混合均勻，攪拌成糊狀，質(zhì)量百分比分別為34%、63%、3%，后加到雙螺旋桿擠出機(jī)熔融成均相鑄膜液，在160?180°C高溫下由雙螺桿擠出經(jīng)噴絲頭成型，后經(jīng)40°C水凝固浴卷繞于繞絲機(jī)，后取下膜絲在乙醇溶劑中浸泡12h萃取出稀釋劑。后熱處理時(shí)間為20min，熱處理的介質(zhì)為非溶劑水，水溫60°C，制得具有海綿狀結(jié)構(gòu)的環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維均質(zhì)納濾膜。由自制測(cè)試裝置測(cè)得0.2Mpa壓力下，膜對(duì)電導(dǎo)為1450us/cm的MgSO4S液的截留率為88.7%，對(duì)電導(dǎo)為900us/cm的NaCl溶液的截留率為23.4%。
[0014]實(shí)施例2
[0015]將實(shí)施I中其他條件保持不變，三醋酸纖維素、環(huán)丁砜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別改為38%、59%，采用同樣工序制得醋酸纖維素中空纖維納濾膜。并用相同測(cè)試裝置測(cè)試膜的性能，由結(jié)果分析此時(shí)測(cè)得0.2Mpa壓力下，膜對(duì)電導(dǎo)為1450us/cm的MgSO4S液的截留率為92.7%,對(duì)電導(dǎo)為900us/cm的NaCl溶液的截留率為25.4%。也可以保持其他條件不變，改變水凝固浴溫度、添加劑含量及種類、熱處理溫度或時(shí)間中的任一種條件，進(jìn)行最佳紡絲工藝的探索。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備高性能環(huán)保型醋酸纖維素中空纖維納濾膜的方法，采用熔融紡絲一次成型制備均質(zhì)納濾膜，使用微毒或無(wú)毒稀釋劑和萃取劑，沒有功能層的制備及復(fù)合，不引入化學(xué)交聯(lián)劑，沒有哌嗪、間苯二胺、酰氯等有機(jī)活性單體的殘留，環(huán)保無(wú)污染，制得的膜材料可更好的用于食品領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域、水處理等領(lǐng)域。在雙螺旋共混機(jī)中將已干燥的醋酸纖維素、稀釋劑、致孔劑混合均勻，所述醋酸纖維素酯化度260?300，醋酸纖維素30?40wt %，稀釋劑55?65wt %，多元型致孔劑O?5wt %，。高溫鑄膜液由雙螺桿擠出經(jīng)噴絲頭成型，后經(jīng)水凝固浴卷繞于繞絲機(jī)上，凝固浴溫度0-70°C，得到初生態(tài)中空纖維膜，，在乙醇中浸泡12h萃取出稀釋劑。最后熱處理時(shí)間為10-40min，溫度50?80°C，熱處理的溶劑可以為非溶劑水、乙醇、丙醇或無(wú)毒醚類有機(jī)溶劑，制得具有海綿狀孔結(jié)構(gòu)的高性能環(huán)保型醋酸纖維素中空納濾膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，所用醋酸纖維素為三醋酸纖維素，?；葹闉?60?300。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，所用稀釋劑為環(huán)丁砜，同時(shí)起了增塑劑的作用，且毒性很小。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，所述的多元型致孔劑，包括不同分子量PEG、高氯酸鎂、納米KCl、LiCl等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，先在共混機(jī)中攪拌溶脹，雙螺桿擠出機(jī)控溫180°C左右。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，噴絲頭控溫160?180°C，水凝固浴溫度O?80°C，萃取劑為水或乙醇等無(wú)毒有機(jī)溶劑。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醋酸纖維素中空纖維納濾膜的制備方法，最后熱處理時(shí)間為10?40min，熱處理的介質(zhì)可以為非溶劑水或乙醇等無(wú)毒醇類或醚類有機(jī)溶劑，溫度.50 ?80°C。
【文檔編號(hào)】B01D69/08GK105879697SQ201410775789
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日
【發(fā)明人】王薇, 張 杰, 李國(guó)東, 祁騰騰
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)