[发明专利]一种聚烯烃中空纤维超滤膜亲水化改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜制备及膜表面改性技术领域，具体涉及一种聚烯烃中空纤维超滤膜亲水化改性的方法，尤指利用多巴胺或多巴胺衍生物在聚烯烃中空纤维超滤膜表面和膜孔内生成亲水改性层，从而提高聚烯烃中空纤维超滤膜的亲水性和抗微生物污染性的方法。

背景技术

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术，它被认为是“21世纪最有前途和最有发展前景的重大高新技术之一”。膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧压力差、浓度差、电位差、温度差等的一种或者几种推动力的作用下，原料侧中的某组分选择性地透过膜，从而达到分离、提纯或浓缩目的的分离手段。

超滤膜是各种分离膜中应用最广泛的一种，其孔径范围为5～40nm，截留分子量范围为1000～300 000道尔顿，能有效截留蛋白质、酶、病毒、胶体、染料等大分子溶质，使大分子溶质与溶剂或小分子溶质分离。由于超滤过程有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、能源、石油、水处理、医疗等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，成为当今分离过程中最重要的手段之一。

以聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等聚烯烃材料制备的聚烯烃分离膜产品（简称聚烯烃分离膜）以其原材料价格低廉，具有良好的耐酸、碱和盐溶液性能以及化学稳定性，较高的机械强度成为应用得最多的膜产品。聚烯烃分离膜的主要制备方法有熔纺-拉伸(MSCS)法（简称为拉伸法）和热致相分离(TIPS)法。美国Celanese公司[US4055696]和日本三菱人造丝公司[日本昭63-35818]于上世纪70年代开发了拉伸法制备聚烯烃分离膜（例如聚烯烃中空纤维微孔膜等）技术，其孔隙率为5～23%。至今拉伸法制备的聚烯烃分离膜在欧美、日本和国内等地区已经有了成熟的系列商品。20世纪80年代开始有报道TIPS法制备聚烯烃分离膜，目前已有用于制备聚丙烯、乙烯和聚偏氟乙烯等聚合物分离膜的研究成果。

现有的聚烯烃分离膜中的聚烯烃中空纤维超滤膜有一定的优势，也获得了一定的应用。但是，聚烯烃材料制作的聚烯烃中空纤维超滤膜作为液体分离膜存在着一个较大的缺点，那就是其疏水性较强。在水处理过程应用中聚烯烃中空纤维超滤膜由于其表面自由能抗拒水分子的附着与亲润，导致跨膜压力大，水通量低。同时聚烯烃中空纤维超滤膜易受有机物及微生物的吸附，易被污染。因此，亲水改性技术就成为获得性能优良的聚烯烃中空纤维超滤膜产品的关键技术。

目前，聚烯烃中空纤维超滤膜的亲水改性方法主要包括两大类，即制膜前改变制膜材料本身的结构与性质，或成膜后再进行物理化学后处理。然而，第一类制膜前改变制膜材料本身的结构与性质的方法，由于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等常见的聚烯烃材料无活跃的化学位，采取接枝改性的方法难以成功。另外，改变聚烯烃材料的分子结构与化学组成会破坏膜材料本体结构，使其丧失聚烯烃膜特有的优良性质。第二类成膜后再进行物理化学后处理（例如：采用紫外接枝、辐照接枝、等离子体表面接枝、表面活性剂或两亲性溶剂浸泡等后处理改性）的方法，又存在操作步骤冗繁、仪器设备复杂、成本过高、改性效果不持久稳定、无法对膜的内部孔道进行亲水改性及提高抗污染能力等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服聚烯烃中空纤维超滤膜亲水性差，导致跨膜压力高，分离膜的渗透性能差，易受有机物及微生物污染的缺点；克服现有技术中，亲水改性涂层或改性吸附剂在使用过程中流失，难以获得永久亲水性改性，以及现有表面改性方法无法实现对超滤膜膜孔内部进行有效亲水改性的缺点。本发明开发了一种经济高效、操作简便，且能够对聚烯烃中空纤维超滤膜的表面和膜孔内部实现永久性亲水改性的方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚烯烃中空纤维超滤膜亲水化改性的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）多巴胺或多巴胺衍生物改性溶液的配制：将多巴胺或多巴胺衍生物作为溶质添加到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，制成多巴胺或多巴胺衍生物改性溶液，然后通过盐酸调节其pH值；

（2）膜组件制备：将聚烯烃中空纤维超滤膜制成中空纤维膜组件1，所述中空纤维膜组件1为外压式中空纤维膜组件或内压浸没式中空纤维膜组件；

（3）将多巴胺或多巴胺衍生物改性溶液通入中空纤维膜组件1：采用外压式操作通入外压式中空纤维膜组件中，或采用内压式操作通入内压浸没式中空纤维膜组件中；