一種中空纖維反滲透膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中空纖維反滲透膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種氧化石墨烯改性三醋酸纖維素中空纖維反滲透膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反滲透技術(shù)是用途最廣泛的脫鹽處理技術(shù)，具有以下優(yōu)點:1.沒有相變，實際操作過程中不需要對水質(zhì)以及使用儀器進行加熱處理，這就簡化了操作步驟，增強了實際操作的使用價值。2.能耗少。3.占地面積小、操作簡單，適應(yīng)性強。4.對環(huán)境不產(chǎn)生污染，分離過程是物理分離，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。依據(jù)上述優(yōu)點，反滲透膜已廣泛應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)廢水處理與回用、醫(yī)藥純水制備等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有中空纖維反滲透膜的制膜材料主要以醋酸纖維素(特別是三醋酸纖維素)為主，但是，醋酸纖維素存在著耐壓性較差和通量難于提高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種一種中空纖維反滲透膜及其制備方法。
[0005]本發(fā)明中空纖維反滲透膜，其特征在于:由三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯、溶劑和添加劑密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的15wt%-70wt% ;所述酰氯化氧化石墨烯的含量為三醋酸纖維素的0.001wt%-lwt%。
[0006]所述的溶劑為環(huán)丁砜、添加劑為分子量低于1000的聚乙二醇，添加劑占溶劑和添加劑總量的0-50wt%o
[0007]本發(fā)明中空纖維反滲透膜的制備方法，將上述的成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴，再經(jīng)過以水為凝固浴的第二凝固浴，最后經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。
[0008]所述第一凝固浴中胺化氧化石墨稀的含量為0.001wt%-lwt%,所述第二凝固浴為純凈水。所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。
[0009]本發(fā)明為一種氧化石墨烯改性三醋酸纖維素中空纖維反滲透膜及其制備方法，所實現(xiàn)的技術(shù)效果如下:
1、通過氧化石墨烯良好的分散相和親水性賦予所得中空纖維反滲透膜良好的通透性會K ;
2、通過雙擴散固化過程中發(fā)生的化學交聯(lián)反應(yīng)，形成氧化石墨烯與三醋酸纖維素之間的無機-有機互傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合氧化石墨烯良好的力學增強作用，實現(xiàn)所得中空纖維反滲透膜耐壓性能的提升。
[0010]氧化石墨烯是一種具有良好分散特性和親水性的新型功能材料，將其進行酰氯化和胺化后用于改性三醋酸纖維素中空纖維反滲透膜制備，可有效提高所得中空纖維反滲透膜的耐壓性和通量，對于開發(fā)新型中空纖維反滲透膜具有重要意義。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明具體技術(shù)方案包括:
所述酰氯化氧化石墨烯的含量為三醋酸纖維素的0.001wt%-lwt%，含量越高后續(xù)工藝所得到的氧化石墨烯交聯(lián)結(jié)構(gòu)越致密。所述的溶劑為環(huán)丁砜，所述的添加劑為分子量低于1000的聚乙二醇(包括聚乙二醇200、400)，添加劑占溶劑和添加劑總量的0-50wt%，含量越高所得中空纖維反滲透膜的通量有所增加，截留率有所下降。三醋酸纖維素含量占成膜體系總質(zhì)量的15wt%-70wt%。
[0012]將上述物質(zhì)采用混合設(shè)備充分混合均勻后，使用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機將成膜體系熔融擠出，在熔融擠出過程中，通過螺桿的作用進一步使成膜體系塑化均勻，以保障所得中空纖維反滲透膜結(jié)構(gòu)和性能的均勻穩(wěn)定化。
[0013]通過中空纖維噴絲組件后，成膜體系進入第一凝固浴，在第一凝固浴中，成膜體系中的酰氯化氧化石墨烯與凝固浴中含有的胺化氧化石墨烯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成酰胺鍵，得到氧化石墨烯與三醋酸纖維素的無機-有機互傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于氧化石墨烯良好的親水性且該化學反應(yīng)發(fā)生于雙擴散過程中，形成了自中心沿中空纖維膜橫截面半徑向外表面分離層逐漸致密的氧化石墨烯交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在增加了水在膜中傳遞路徑的同時，增強了所得中空纖維反滲透膜的耐壓性能。
[0014]所述第一凝固浴中胺化氧化石墨稀的含量為0.001wt%_lwt%，濃度越高，所得中空纖維反滲透膜含有的氧化石墨烯交聯(lián)結(jié)構(gòu)越致密，從而所得膜的耐壓性和通量越優(yōu)異，但截留率會有所下降。所述第二凝固浴為純凈水，起到進一步固化和冷卻所得中空纖維反滲透膜的作用。
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明所述的中空纖維反滲透膜及其制備技術(shù)和效果作進一步說明。
[0016]實施例1
采用三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯(含量為三醋酸纖維素的0.001wt%)、環(huán)丁砜密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的15wt% ;將所述成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴(胺化氧化石墨烯的含量為0.001wt%)，再經(jīng)過以純凈水為凝固浴的第二凝固浴，經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。
[0017]所得的中空纖維反滲透膜在濃度為1500mg/L氯化鈉溶液、5.0MPa壓力下連續(xù)測試I小時，一價離子脫除率為99.8%，與相同與上述配比和工藝但在成膜體系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物質(zhì)所得的中空纖維反滲透膜相比，通量提高20%，相同測試時間所得衰減率(計算公式=(初始通量-1h后通量)/初始通量)降低10%，脫鹽率基本未發(fā)生變化。
[0018]實施例2
采用三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯(含量為三醋酸纖維素的lwt%)、環(huán)丁砜和聚乙二醇200 (聚乙二醇200占環(huán)丁砜和聚乙二醇200總量的50wt%)密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的70wt% ;將所述成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴(胺化氧化石墨烯的含量為lwt%)，在經(jīng)過以純凈水為凝固浴的第二凝固浴，經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。
[0019]所得的中空纖維反滲透膜在濃度為1500mg/L氯化鈉溶液、5.0MPa壓力下連續(xù)測試I小時，一價離子脫除率為99.7%，與相同與上述配比和工藝但在成膜體系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物質(zhì)所得的中空纖維反滲透膜相比，通量提高40%，相同測試時間所得衰減率(計算公式=(初始通量-1h后通量)/初始通量)降低15%，脫鹽率基本未發(fā)生變化。
[0020]實施例3
采用三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯(含量為三醋酸纖維素的0.5wt%)、環(huán)丁砜和聚乙二醇200(聚乙二醇200占環(huán)丁砜和聚乙二醇200總量的30wt%)密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的40wt% ;將所述成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴(胺化氧化石墨烯的含量為0.5wt%)，在經(jīng)過以純凈水為凝固浴的第二凝固浴，經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。
[0021]所得的中空纖維反滲透膜在濃度為1500mg/L氯化鈉溶液、5.0MPa壓力下連續(xù)測試I小時，一價離子脫除率為99.6%，與相同與上述配比和工藝但在成膜體系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物質(zhì)所得的中空纖維反滲透膜相比，通量提高25%，相同測試時間所得衰減率(計算公式=(初始通量-1h后通量)/初始通量)降低12%，脫鹽率基本未發(fā)生變化。
[0022]實施例4
采用三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯(含量為三醋酸纖維素的0.7wt%)、環(huán)丁砜和聚乙二醇200(聚乙二醇200占環(huán)丁砜和聚乙二醇200總量的50wt%)密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的42wt% ;將所述成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴(胺化氧化石墨烯的含量為0.7wt%)，在經(jīng)過以純凈水為凝固浴的第二凝固浴，經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。
[0023]所得的中空纖維反滲透膜在濃度為1500mg/L氯化鈉溶液、5.0MPa壓力下連續(xù)測試I小時，一價離子脫除率為99.5%，與相同與上述配比和工藝但在成膜體系和凝固浴中未加入氧化石墨烯改性物質(zhì)所得的中空纖維反滲透膜相比，通量提高32%，相同測試時間所得衰減率(計算公式=(初始通量-1h后通量)/初始通量)降低15%，脫鹽率基本未發(fā)生變化。
【主權(quán)項】
1.一種中空纖維反滲透膜，其特征在于:由三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯、溶劑和添加劑密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的15wt%-70wt%;所述酰氯化氧化石墨烯的含量為三醋酸纖維素的0.001wt%-lwt%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維反滲透膜，其特征在于:所述的溶劑為環(huán)丁砜、添加劑為分子量低于1000的聚乙二醇，添加劑占溶劑和添加劑總量的0-50wt%。3.—種中空纖維反滲透膜的制備方法，其特征在于:將權(quán)利要求1所述的成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴，再經(jīng)過以水為凝固浴的第二凝固浴，最后經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空纖維反滲透膜的制備方法，其特征在于:所述第一凝固浴中胺化氧化石墨稀的含量為0.001wt%-lwt%，所述第二凝固浴為純凈水。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空纖維反滲透膜的制備方法，其特征在于:所述螺桿擠出機為單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中空纖維反滲透膜及其制備方法。本發(fā)明中空纖維反滲透膜，由三醋酸纖維素、酰氯化氧化石墨烯、溶劑和添加劑密閉共混得到成膜體系，三醋酸纖維素占成膜體系總質(zhì)量的15wt%-70wt%；所述酰氯化氧化石墨烯的含量為三醋酸纖維素的0.001wt%-1wt%。本發(fā)明中空纖維反滲透膜的制備方法，將上述的成膜體系經(jīng)螺桿擠出機熔融擠出并通過中空纖維噴絲板擠出至由胺化氧化石墨烯的水懸浮液構(gòu)成的第一凝固浴，再經(jīng)過以水為凝固浴的第二凝固浴，最后經(jīng)冷卻并固化成形，得到中空纖維反滲透膜。本發(fā)明通過氧化石墨烯良好的分散相和親水性賦予所得中空纖維反滲透膜良好的通透性能。
【IPC分類】B01D69/08, B01D71/16, B01D67/00, B01D61/08
【公開號】CN105126643
【申請?zhí)枴緾N201510515838
【發(fā)明人】胡曉宇, 李梁梁, 孫文挺, 梁義
【申請人】天津膜天膜科技股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月21日