本發明專利技術公開了一種化學反應誘導相轉化法制備高分子中空纖維多孔膜的方法，屬于膜制備領域。包括如下步驟：制備得到均質鑄膜液，將鑄膜液與芯液從噴絲頭擠出，在外凝膠浴中成膜；對制得的膜進行化學后處理，從而可制備得到孔徑分布均勻、膜通量高、抗污染性能強的中空纖維多孔膜。本發明專利技術的特點在于，可通過改變芯液及外凝膠浴組成，或者化學反應致孔劑種類，利用芯液、外凝膠浴與化學致孔劑之間的反應，來進行化學反應誘導致孔，從而制備出孔徑分布均勻、抗污染性能好、通量高的高分子中空纖維多孔膜。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于膜制備領域，涉及一種相轉化法制備高分子中空纖維多孔膜的方法，特別涉及。
技術介紹
高分子聚合物多孔膜有多種制備方法，其中最常見的有非溶劑致相分離法(相轉化法)、熱致相分離法和熔融拉伸法。聚合物多孔膜的形式有平板式、中空纖維式、毛細管式和管式。其中本專利技術設計的是采用非溶劑致相分離法制備高分子中空纖維多孔膜。相轉化法是發展成熟的一種制備聚合物微孔膜的方法。該過程可分為三個階段:第一階段，逆溶解過程。流延成膜的鑄膜液膜保持均相，但由于溶劑的揮發、溶劑和非溶劑的交換或者吸收非溶劑水，導致鑄膜液中形成沿截面方向的濃度梯度。第二階段，分相過程。鑄膜液相分離，發生液-液分相或者液-固分相。這是決定膜孔結構和性能的關鍵步驟。第三階段，相轉化過程。包括膜孔的凝聚、相間流動以及聚合物富相固化。此階段對膜結構形態有很大影響。研究者常常通過對分相過程的控制來制備高性能的分離膜。專利CN1817419A中記載，將含有砜基的芳香族聚合物、溶劑和有機酸混合后，制備平板超濾膜，膜通量較小，孔徑分布小。專利CN102527262中記載，將聚偏氟乙烯、溶劑、添加劑和化學致孔劑碳酸鈣混合均勻，凝膠浴中加入酸，來制備中空纖維超濾膜，具體反應是CaC03+2H+ — Ca2++H2 0+C02 丨。Journal of Membrane Science 中文獻(A gas - liquidchemical reaction treatment and phase inversion technique for formation of highpermeability PAN UF membranes)中記載將聚丙烯腈、溶劑、氯化韓和水混合,再加入氨,通過C02+CaCl2+2NH3+H20 — CaCO3丨+2NH4C1化學反應來制備超濾膜。本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提出一種化學反應誘導相轉化法來制備孔徑分布均勻、抗污染性能強的中空纖維多孔膜的方法。該方法利用化學反應誘導反應產生的CO2氣泡來實現強化致孔，增強膜的通量，制備內壓式和外壓式兼用的中空纖維多孔膜。
技術實現思路
本專利技術采用一種化學反應誘導致孔的方法來實現膜孔的人為控制，獲得孔徑分布均勻、通量高、抗污染性能強的高分子中空纖維多孔膜。采用化學反應誘導強化致孔的基本原理基本類似如下:2CH3C00H+Na2C03 — 2CH3C00Na+H20+C02 在發生上述反應過程中，膜表面或內部的部分化學致孔劑乙酸與外凝膠浴或芯液中的弱堿發生化學反應，一方面發生的反應會在膜表面和內部形成微孔，改變了非溶劑與溶劑的交換速度和膜的分相速度，另一方面，在初期凝膠化未完全分相狀態下，反應產生的二氧化碳氣體也可破壞連續的凝膠結構而在膜內部及表面形成一定數目的多孔結構，有利于在后續分相過程中非溶劑順利通過膜表面及內部。本專利技術的目的是通過下述技術方案來實現的。一種化學反應誘導相轉化法制備高分子中空纖維多孔膜，其特征在于，包括以下步驟:①鑄膜液的制備:將高分子材料、溶劑、添加劑及化學致孔劑按一定的比例在50-80°C的溫度下攪拌共混6-24h，在50-80°C下恒溫靜置脫泡12_24h，得到均質鑄膜液；②芯液的配置:芯液為水或水與醋酸、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的一種的混合物，或水與碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀中一種的混合物；③中空纖維紡 絲:利用干-濕紡絲設備將芯液與均質鑄膜液一起注入噴絲頭，并一起從噴絲頭擠出，制得中空纖維膜絲；④相轉化處理:將步驟③所得的中空纖維膜絲經過0-30cm的干紡程后，依次進入第一外凝膠浴和第二外凝膠浴中進行凝膠相轉化，形成具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜；⑤后處理:將步驟④所得具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜在水中浸泡清洗至完全分相得到孔徑分布均勻的中空纖維多孔膜，并將其浸泡在含有10-30wt%的甘油與水組成的保護液中。所述鑄膜液按照下述質量百分比的原料制備而成:高分子材料12-30%、化學致孔劑1-20%、溶劑50_80%、添加劑0-10%.所述高分子材料包括而不限于聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸纖維素。所述化學致孔劑包括而不限于醋酸，富馬酸、檸檬酸、蘋果酸。所述溶劑包括而不限于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N—甲基吡咯烷酮等及這些溶劑的組合。所述添加劑包括而不限于聚乙二醇、丙酮、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、氯化鋰、氯化鋅中的一種或幾種組合。第一外凝膠浴為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀中一種或幾種與水的混合物，第二外凝膠浴為水，凝膠浴溫度20-60°C。芯液流量5-15ml/min，芯液溫度為20_60°C，繞絲速度為4_12m/min。步驟③中空纖維紡絲時，共同采用芯液與均質鑄膜液會得到中空纖維膜絲，芯液與均質鑄膜液的用量關系會影響中空纖維膜絲的壁厚，按照常規的思路，對中空纖維膜絲孔結構影響不大，芯液體積流量與均質鑄膜液體積流量比為1:2。本專利技術的特點在于，利用芯液、外凝膠浴與化學致孔劑之間的反應，來進行化學反應誘導致孔，可通過改變芯液及外凝膠浴組成，或者化學反應致孔劑種類，通過產生的CO2氣泡量的不同，來人為控制膜孔的大小。從而制備出孔徑分布均勻、抗污染性能好、通量高的高分子中空纖維多孔膜。該方法適合于幾乎所有現有的、可用于常規的相轉化分離法制膜的膜材料，例如聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚偏氟乙烯等，并大大提升這些膜的性能，使其在飲用水處理、中水回用、膜生物反應器廢水處理、工業污水處理等領域獲得更廣泛的應用。本專利技術的有益效果及優點:(I)利用在鑄膜液中添加的各種無機和有機添加劑，可不同程度地影響鑄膜液在水中的凝膠相轉化時間，通過化學反應在膜絲上強化致孔，形成多孔或大孔結構，提高膜通量。(2)通過調節鑄膜液中酸的種類和含量，來影響膜絲的凝膠相轉化速度及程度，在一定程度上改變膜的通量和截留率。(3)通過調節外凝膠浴及芯液中碳酸鹽或碳酸氫鹽的種類和含量，使得其與酸的化學反應強度不同，產生的CO2氣泡量不同，造成膜的孔結構和膜內部及表面孔數量的不同，從而實現膜孔的人為控制。具體實施例方式本專利技術化學反應誘導相轉化法制備高分子聚合物多孔膜工藝適用的聚合物材料、適用的溶劑和添加劑相當廣泛，不同聚合物、化學致孔劑、溶劑和添加劑可以得到非常多的工藝條件，但是基本原理不變。為簡明起見，以下實例對本專利技術化學反應誘導相轉化法制備高分子聚合物中空纖維膜工藝原理予以說明。實施例1①鑄膜液的制備:將高分子材料、溶劑、添加劑及化學致孔劑按一定的比例在50-80°C的溫度下攪拌共混6-24h，在50-80°C下恒溫靜置脫泡12_24h，得到均質鑄膜液。②芯液及外凝膠浴的配制:將一定比例的去離子水和無機鹽混合均勻，待用。③中空纖維紡絲 :利用干-濕紡絲設備在設定的紡絲速度下，將芯液按照設定的芯液量與均質鑄膜液一起注入噴絲頭，并一起從噴絲頭擠出，制得中空纖維膜絲。④相轉化處理:將步驟③所得的中空纖維膜絲經過0-30cm的干紡程后，依次進入第一凝膠浴和第二凝膠浴中進行凝膠相轉化，形成具有微孔結構的高分子中空纖維多孔膜。⑤后處理:將具有微孔結構的高分子中空纖維多孔膜在水中浸泡清洗至完全分相得到孔徑分布均勻的中空纖維本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種化學反應誘導相轉化法制備高分子中空纖維多孔膜，其特征在于，包括以下步驟：①鑄膜液的制備：將高分子材料、溶劑、添加劑及化學致孔劑按一定的比例在50?80℃的溫度下攪拌共混6?24h，在50?80℃下恒溫靜置脫泡12?24h，得到均質鑄膜液；②芯液的配置：芯液為水或水與醋酸、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的一種的混合物，或水與碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀中一種的混合物；③中空纖維紡絲：利用干?濕紡絲設備將芯液與均質鑄膜液一起注入噴絲頭，并一起從噴絲頭擠出，制得中空纖維膜絲；④相轉化處理：將步驟③所得的中空纖維膜絲經過0?30cm的干紡程后，依次進入第一外凝膠浴和第二外凝膠浴中進行凝膠相轉化，形成具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜；⑤后處理：將步驟④所得具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜在水中浸泡清洗至完全分相得到孔徑分布均勻的中空纖維多孔膜，并將其浸泡在含有10?30wt%的甘油與水組成的保護液中。
【技術特征摘要】
1.一種化學反應誘導相轉化法制備高分子中空纖維多孔膜，其特征在于，包括以下步驟: ①鑄膜液的制備:將高分子材料、溶劑、添加劑及化學致孔劑按一定的比例在50-80°C的溫度下攪拌共混6-24h，在50-80°C下恒溫靜置脫泡12-24h，得到均質鑄膜液； ②芯液的配置:芯液為水或水與醋酸、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的一種的混合物，或水與碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀中一種的混合物； ③中空纖維紡絲:利用干-濕紡絲設備將芯液與均質鑄膜液一起注入噴絲頭，并一起從噴絲頭擠出，制得中空纖維膜絲； ④相轉化處理:將步驟③所得的中空纖維膜絲經過0-30cm的干紡程后，依次進入第一外凝膠浴和第二外凝膠浴中進行凝膠相轉化，形成具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜； ⑤后處理:將步驟④所得具有微孔孔道的高分子中空纖維多孔膜在水中浸泡清洗至完全分相得到孔徑分布均勻的中空纖維多孔膜，并將其浸泡在含有10-30wt%的甘油與水組成的保護液中。2.按照權利要求1的方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王湛，史龍月，楊文濤，陳娜，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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