[发明专利]一种亲水性超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，主要涉及一种亲水性超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤技术被广泛用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中，是饮用水制备、工业废水处理、金属加工涂料、生物产品加工、石油加工等领域的新型化工单元操作之一。但超滤膜的工业化应用因膜污染而使膜渗透通量下降，膜性能劣化，使用寿命缩短。

众所周知，因为亲水性膜表面能与水分子形成有序氢键结构，从而降低膜表面与疏水性污染物的吸附行为和吸附量，有利于膜污染物通过物理清洗去除而避免化学清洗造成的膜损伤，所以提高膜材料表面的亲水性是减轻膜污染的有效方法。

目前超滤膜的亲水化改性方法主要通过表面改性和共混改性，如CN101439265A报道了用高温等离子体引发膜表面进行亲水化接枝改性，这种方法虽然牢固，但强烈的化学条件易造成膜性能劣化，且操作烦琐，表面改性层易脱落，同时膜内部性能亦未能得到有效改善，改性效果不理想。

CN101164679A报道了PVDF超滤膜与亲水性无机物的共混改性，但由于无机材料与高分子聚合物间相容性差，因而亲水化改性效果达不到实际需求。将亲水性聚合物如PVP、PVA、PEG等与膜主材共同溶解于溶剂中成均质铸膜液，通过相转化法成膜，可显著提高超滤膜表面亲水性，但PVP、PEG等可溶于水，且PVP、PEG、PVA等可作为超滤膜的有效致孔剂，同时此类共混膜未做亲水化添加剂的固定处理，膜在长期的运行过程中可能会随着过滤运行操作逐渐流失，最终导致亲水性不稳定和膜性能的劣化。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种亲水性超滤膜的制备方法。

为实现上述技术任务，本发明的制备方法具体步骤如下：

步骤一，铸膜液的制备：按质量百分比计，将12%～25%的高分子材料、1%～20%亲水性添加剂、0.01%～9%的亲水固定剂、0～5%的无机添加剂和67%～80%的第一有机溶剂在20～95℃条件下搅拌溶解12～36小时，80℃条件下静置脱泡后得到铸膜液，其中各原料的质量百分比和为100%；

所述高分子材料为聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯腈（PAN）中的一种或两种以上的组合物；

所述亲水性添加剂为聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酰胺（PAA）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一种或两种以上的组合物；

所述亲水固定剂为无水氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝和四氯化钛中的一种或两种以上的组合物；

所述无机添加剂为无水氯化锂；

所述第一有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）和磷酸三乙酯（TEP）中的一种或两种以上的组合物；

步骤二，初生态基膜的制备：将步骤一制得的铸膜液于室温环境中倾倒于干净平整的玻璃板上刮制，得到初生态基膜；或者采用平板刮膜机刮制初生态基膜；

步骤三，相分离及固化处理：

先将初生态基膜预蒸发1～30s；

然后在20～60℃条件下，将初生态基膜放入含有0～80%（W/W）第二有机溶剂且pH为2～3的酸性水溶液中凝胶浴分相处理0.5～3h，得到预固化初生态基膜；

接着将预固化初生态基膜在室温下用清水冲洗，去除残留溶剂和小分子杂质，并使初生态基膜完全固化，得到固化初生态基膜；

之后将固化初生态基膜浸泡于质量分数为30%的甘油水溶液中12～24h；

最后将浸泡后的固化初生态基膜在空气中干燥，得到亲水性超滤膜；

所述第二有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）和磷酸三乙酯（TEP）中的一种或两种以上的组合物。

步骤三中所述的酸性水溶液为草酸水溶液、醋酸水溶液、甲酸水溶液或盐酸水溶液。

所述的酸性水溶液为盐酸水溶液。

与现有的技术相比较，本发明的优点如下：

（1）亲水固定剂为含有Fe³⁺、Ti²⁺、Zn²⁺、Al³⁺等常见低毒或无害金属离子盐，且用量较少即可满足亲水化固定的需要，避免了使用有机交联剂带来的毒副作用对水环境的污染。