本技術(shù)涉及超濾膜的，更具體地說(shuō)，它涉及一種辣素衍生物改性中空纖維膜的制備工藝。

背景技術(shù)：

1、塑料制品因其成本低廉、延展性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活中，塑料制品的大量使用和塑料廢棄物的管理不善導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。微塑料是指直徑小于5?mm的塑料顆粒，納塑料是指直徑小于1?μm的塑料顆粒，兩者統(tǒng)稱為微納塑料（mnps）。mnps是一種新型污染物，廣泛分布在水體、大氣、土壤等環(huán)境介質(zhì)中。

2、對(duì)微納塑料的去除方法主要有物理、物理化學(xué)以及生物處理等方式，其中物理處理的方式較為常用。物理去除方法主要指過(guò)濾法，包括砂濾、納濾和超濾等，其中膜分離技術(shù)去除效果較好，膜工藝可以有效截留微塑料，其中超濾、反滲透有望完全去除微塑料。但在污水處理過(guò)程中，也面臨著許多問(wèn)題：傳統(tǒng)超濾膜孔徑不均，孔徑范圍跨度較大，導(dǎo)致超濾膜對(duì)新污染物mnps的分離效果不穩(wěn)定、去除效果不佳，且污水處理廠每天的處理量普遍數(shù)以萬(wàn)噸計(jì)，仍有大量的mnps被排放至環(huán)境中。傳統(tǒng)pvdf超濾膜因其材料強(qiáng)疏水化的特性從而易發(fā)生膜污染，且經(jīng)物理沖洗、化學(xué)試劑、機(jī)械應(yīng)力、微生物作用會(huì)出現(xiàn)損壞、斷裂、老化，以及超濾膜二次釋放mnps污染等問(wèn)題。

3、因此，亟待研究一種高效去除污水處理廠排放的污水中微塑料，同時(shí)又能夠抗污染，孔徑均勻、機(jī)械強(qiáng)度高和使用壽命長(zhǎng)的超濾膜，提升污水處理廠對(duì)mnps截留效果，推動(dòng)相關(guān)環(huán)保功能材料和膜集成設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善超濾膜對(duì)mnps的截留效果，本技術(shù)提供一種辣素衍生物改性中空纖維膜的制備工藝，采用如下的技術(shù)方案：

2、本技術(shù)提供一種辣素衍生物改性中空纖維膜的制備工藝，包括以下步驟：

3、s1、辣素衍生物的合成：分別取n-（5-甲基-3-異丁基-2羥基-芐基）-丙烯酰胺（mbhba）、甲基丙烯酸甲酯（mma）、丙烯酰胺（am）、丙烯酸乙酯（ea）、丙烯酸丁酯（ba），溶于混合溶劑中，轉(zhuǎn)移至容器中，混合加熱；取偶氮二異丁腈（aibn）與甲苯混合，得到引發(fā)劑溶液，向容器中加入引發(fā)劑溶液，持續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用無(wú)水乙醇洗滌，烘干后得到辣素衍生物；

4、s2、鑄膜液的制備：分別取聚偏氟乙烯、辣素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮以及溶劑，將辣素衍生物與聚偏氟乙烯置于干燥箱中干燥，將干燥后的聚偏氟乙烯溶于溶劑中，加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌，再加入干燥后的辣素衍生物，持續(xù)攪拌，靜置脫泡，得到鑄膜液；

5、s3、纖維膜制備：將均質(zhì)鑄膜液壓入噴絲頭中，以高壓氮?dú)庾鳛閴毫υ?，鑄膜液均勻裹覆在支撐管外表面，浸沒(méi)于凝膠浴槽發(fā)生相轉(zhuǎn)化固化成膜，制成的中空纖維膜在蒸餾水中浸泡，再用甘油水溶液浸泡，晾干，得到中空纖維膜。

6、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)選采用辣素衍生物與pvdf配合制備中空纖維膜，首先，pvdf具有較高的機(jī)械性能以及熱穩(wěn)定性，能夠使中空纖維膜獲得較佳的機(jī)械性能，降低了中空纖維膜易斷裂的現(xiàn)象的發(fā)生。其次，辣素衍生物中具有親水性優(yōu)異的親水基團(tuán)以及抑菌基團(tuán)，辣素衍生物能夠在中空纖維膜上構(gòu)筑穩(wěn)固親水抑菌功能層，改善中空纖維膜的通量，并且親水基團(tuán)的引入，有效降低因pvdf自身的疏水性致使蛋白質(zhì)、膠體等疏水性有機(jī)物在表面產(chǎn)生吸附污染的可能性，使中空纖維膜獲得優(yōu)良的抗污染性。最后，本技術(shù)優(yōu)選采用相轉(zhuǎn)換法與支撐管編織工藝配合制備中空纖維膜，使中空纖維膜獲得內(nèi)部相互連通、孔徑致密均勻的結(jié)構(gòu)，能夠有效提高中空纖維膜對(duì)mnps的分離效果。

7、可選的，所述鑄膜液包括以下質(zhì)量百分比原料：

8、聚偏氟乙烯?18%；

9、辣素衍生物?0.5-3%；

10、聚乙烯吡咯烷酮?5%；

11、溶劑?余量。

12、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)選采用聚乙烯吡咯烷酮作為制孔劑，能夠使中空纖維膜獲得平均孔徑小、孔隙率高、孔徑分布窄、高純水通量以及高截留率等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，優(yōu)化了鑄膜液中各組分的配比，在適宜配比下，鑄膜液能夠獲得優(yōu)良的成膜效果以及較佳的透水性，進(jìn)一步改善中空纖維膜對(duì)mnps的去除效果。

13、可選的，所述鑄膜液還包括無(wú)機(jī)粒子，所述無(wú)機(jī)粒子包括二氧化硅、二氧化鈦以及氯化鎂。

14、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，二氧化硅、二氧化鈦以及氯化鎂的加入，能夠吸附并鑲嵌于中空纖維膜的表面，能夠適當(dāng)增大中空纖維膜的孔徑，并利用氫鍵以及配位作用吸附于pvdf分子鏈，促使高分子鏈?zhǔn)湛s，提高了中空纖維膜表面的粗糙度以及機(jī)械強(qiáng)度，能夠改善中空纖維膜的親水性以及抗污染效果。并且，由于二氧化鈦?zhàn)陨砭哂休^佳的抗菌性以及吸附性，能夠?qū)ω?fù)載于中空纖維膜表面的微生物進(jìn)行滅殺，有效改善中空纖維膜的抗菌效果。

15、可選的，所述二氧化硅、二氧化鈦以及氯化鎂的質(zhì)量比為1.2:2:8-10。

16、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化了無(wú)機(jī)粒子中各組分的配比，在適宜的配比下，無(wú)機(jī)粒子之間能夠相互配合并發(fā)生相互作用，充分負(fù)載于中空纖維膜表面，以改善中空纖維膜的親水性以及機(jī)械強(qiáng)度。

17、可選的，所述辣素衍生物包括以下重量份原料：

18、n-（5-甲基-3-異丁基-2羥基-芐基）-丙烯酰胺?2.36-2.38份；

19、甲基丙烯酸甲酯?135-200份；

20、丙烯酰胺?17.5份；

21、丙烯酸乙酯?9.1份；

22、丙烯酸丁酯?21.1份；

23、偶氮二異丁腈?1.5份。

24、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)中辣素丙烯酰胺衍生物在偶氮二異丁腈的引發(fā)下產(chǎn)生自由基，進(jìn)而與丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及丙烯酸丁酯之間發(fā)生共聚形成具有親水基團(tuán)與抗菌基團(tuán)的辣素衍生物。丙烯酰胺具有較佳的親水性，共聚接枝后，使辣素衍生物獲得親水基團(tuán)。優(yōu)化了甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及丙烯酸丁酯的配比，能夠使軟硬單體的配比適宜，使辣素衍生物能夠獲得優(yōu)良的成膜效果，即改善中空纖維膜的成膜效果。

25、可選的，步驟s3中的支撐管為經(jīng)改性劑改性處理的支撐管，所述改性劑包括羧甲基纖維素。

26、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，利用羧甲基纖維素對(duì)支撐管進(jìn)行改性處理，羧甲基纖維素能夠與pvdf之間通過(guò)自交聯(lián)的方式發(fā)生結(jié)合，有效提高了鑄膜液對(duì)支撐管的浸潤(rùn)性，即提高鑄膜液與支撐管之間的粘結(jié)效果，固化成膜后鑄膜液能夠與支撐管之間形成良好的界面層，有效改善中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度。

27、可選的，所述改性處理如下：將羧甲基纖維素與水混合，配置得到改性溶液，將支撐管浸漬于改性溶液中，取出支撐管，干燥，得到改性支撐管。

28、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，通過(guò)簡(jiǎn)單的浸漬處理即可在支撐管表面形成羧甲基纖維膜，以改善支撐管與鑄膜液之間的結(jié)合效果，改性處理的操作簡(jiǎn)單，有利于批量化實(shí)現(xiàn)。

29、可選的，所述纖維膜為經(jīng)表面處理的纖維膜，所述表面處理包括如下步驟：將纖維膜浸漬于茶多酚溶液中，取出纖維膜，洗滌，干燥，得到茶多酚改性纖維膜。

30、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)采用茶多酚對(duì)纖維膜表面進(jìn)行處理，能夠在纖維膜表面形成茶多酚涂層，茶多酚的分子結(jié)構(gòu)中具有大量的酚羥基，因此茶多酚涂層的形成能夠有效改善中空纖維膜的親水性，從而改善中空纖維膜的抗污性。同時(shí)，在纖維膜浸漬于茶多酚溶液中時(shí)，負(fù)載于纖維膜表面的二氧化鈦能夠形成二氧化鈦分散液，進(jìn)而通過(guò)螯合作用形成酚-金屬的配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，能夠有效改善茶多酚涂層的穩(wěn)定性，使中空纖維膜能夠在各種復(fù)雜環(huán)境中使用，提高中空纖維膜的應(yīng)用性。

31、可選的，所述茶多酚溶液的制備如下：將茶葉與水按固液比1:20-30混合，得到混合液，向混合液中加入鹽酸，調(diào)節(jié)ph，攪拌，振蕩，過(guò)濾，保留濾液，即為茶多酚溶液。

32、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化了茶葉與水的固液比，在適宜的固液比下能夠得到茶多酚含量適中的溶液，能夠充分對(duì)纖維膜進(jìn)行改性，還具有較佳的成膜性以及較低的成本。

33、可選的，所述表面處理包括如下步驟：將纖維膜浸漬于茶多酚溶液與硅溶膠的混合液中，取出纖維膜，洗滌，干燥，得到茶多酚改性纖維膜。

34、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，通過(guò)茶多酚與硅溶膠配合，硅溶膠中含有大量的硅烷醇，硅烷醇能夠與酚羥基之間形成氫鍵，使茶多酚能夠包裹于硅溶膠，硅溶膠沉積較快且體積較小，進(jìn)而能夠帶動(dòng)茶多酚與硅溶膠同步進(jìn)入纖維膜的膜孔中，使膜孔獲得親水效果。同時(shí)，茶多酚包裹硅溶膠沉積于纖維膜表面，由于纖維膜中已經(jīng)存在二氧化硅粒子，能夠提高茶多酚與纖維膜之間的結(jié)合效果，而且茶多酚與硅溶膠形成的涂層能夠賦予纖維膜更為粗糙的表面，能夠進(jìn)一步改善纖維膜的親水效果。

35、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

36、1、由于辣素衍生物具有良好親水基團(tuán)、抑菌性，在中空纖維膜上構(gòu)筑穩(wěn)固親水抑菌功能層，提高膜通量并賦予膜高抗污染性，同時(shí)還進(jìn)一步提高了纖維膜的機(jī)械性能。本技術(shù)采用相轉(zhuǎn)化法加上獨(dú)特支撐管編織工藝制備中空纖維膜，使纖維膜內(nèi)部相互連通、孔徑致密均勻，獲得穩(wěn)定的分離效果。

37、2、本技術(shù)中利用羧甲基纖維素對(duì)支撐管進(jìn)行改性處理，羧甲基纖維素能夠與pvdf之間通過(guò)自交聯(lián)的方式發(fā)生結(jié)合，有效提高了鑄膜液對(duì)支撐管的浸潤(rùn)性，即提高鑄膜液與支撐管之間的粘結(jié)效果，固化成膜后鑄膜液能夠與支撐管之間形成良好的界面層，有效改善中空纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度。

38、3、本技術(shù)采用茶多酚對(duì)纖維膜表面進(jìn)行處理，能夠在纖維膜表面形成茶多酚涂層，茶多酚的分子結(jié)構(gòu)中具有大量的酚羥基，因此茶多酚涂層的形成能夠有效改善中空纖維膜的親水性，從而改善中空纖維膜的抗污性。同時(shí)，在纖維膜浸漬于茶多酚溶液中時(shí)，負(fù)載于纖維膜表面的二氧化鈦能夠形成二氧化鈦分散液，進(jìn)而通過(guò)螯合作用形成酚-金屬的配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，能夠有效改善茶多酚涂層的穩(wěn)定性，使中空纖維膜能夠在各種復(fù)雜環(huán)境中使用，提高中空纖維膜的應(yīng)用性。