[发明专利]一种木质素改性聚丙烯腈制备中空纤维膜的方法

说明书

一种木质素改性聚丙烯腈制备中空纤维膜的方法是将木质素和聚丙烯腈溶解于溶剂中，得到固含量为15wt%‑30wt%的均一纺丝液；将纺丝液通过圆形喷丝板喷入一级凝固浴中并保持10‑15s，然后在二级凝固浴中凝固化处理10‑12h，得到初生中空纤维后依次在温度梯度为90，80，70，60，50℃的多级水浴中水洗，干燥得到聚丙烯腈基中空纤维。本发明具有流程简单，操作简便的优点。

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜的制备方法，具体涉及一种利用木质素(Lignin)改性聚丙烯腈(PAN)制备中空纤维膜的方法。

背景技术

中空纤维膜是轴向具有空腔结构的异性纤维，因其特殊的中空结构使其具有质轻、比表面积大、渗透通量大、吸附能力强和选择渗透性好等优势。现已被广泛应用于气体分离、废水处理、能量储存、生物燃料的生产和渗透汽化等领域。

19世纪60年代，杜邦公司首次实现了中空纤维的工业化。大多数中空纤维膜使用具有独特几何形状的喷丝板，如套管型，通过熔融纺丝来制备的。中空部分可以使用芯流体或充氮气来实现。此外，同轴静电纺丝或者干喷湿纺通常采用双组分纺丝来制备核壳结构纤维，然后移除核组分得到中空纤维膜。

这些方法中，熔融纺丝虽然是制备中空纤维膜最常用的方法，但是许多聚合物因其熔点高于分解温度，如聚丙烯腈和聚乙烯醇，只能通过溶液纺丝制备纤维。对于溶纺中空纤维，通常采纳的是双组分纺丝，但是，中空纤维的制备需要繁琐的加工步骤，同时，第二组分的回收也相当困难。因此，开发一种一步纺丝法来实现中空结构是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有中空纤维膜制备技术中存在的加工步骤繁琐，第二组分去除困难等不足，提供一种一步湿法纺丝制备聚丙烯腈基中空纤维的方法，该方法设备、工艺简单，操作简便。

本发明的一种木质素改性聚丙烯腈制备中空纤维膜的方法，具体按照以下步骤进行：

(1)纺丝液配制：将木质素和聚丙烯腈溶解于溶剂中，在25-50℃温度下采用机械搅拌混合均匀，得到固含量为15wt％-30wt％的均一纺丝液；

(2)纤维制备：将上述纺丝液通过圆形喷丝板喷入一级凝固浴中并保持10-15s，然后在二级凝固浴中凝固化处理10-12h，得到初生中空纤维；

(3)水洗：将得到的初生中空纤维依次在温度梯度为90，80，70，60，50℃的多级水浴中水洗；

(4)干燥：将水洗得到的纤维在30-50℃下干燥12-15h后得到聚丙烯腈基中空纤维。

如上所述的木质素包括有机溶剂木质素和碱木质素，其中最优为碱木质素。

所述的聚丙烯腈的平均分子量为80000-150000g/mol。

所述的木质素和聚丙烯腈的质量比为10：90-50：50。

所述的溶剂为可以同时溶解木质素和聚丙烯腈的极性溶剂，如二甲基亚砜(DMSO)。

所述的一级凝固浴为二甲基亚砜或水的混合物，二甲基亚砜和水的体积比为0:10-4:6，一级凝固浴的使用量必须保证木质素在其中析出后的浓度小于0.01mol/L。

所述的二级凝固浴为去离子水或蒸馏水。

所述的步骤(2)中纺丝液的温度为30-60℃，一级凝固浴的温度为30-80℃，二级凝固浴的温度为80-90℃。

所述的步骤(2)中喷丝板的孔径为0.08-0.6mm，可根据中空纤维的直径要求选择合适孔径的喷丝板。

所述的步骤(2)中纺丝牵伸比在一级凝固浴中为0.5:1-1:1,在二级凝固浴中为1:1-2:1。