CN111495205A - 一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及中空纤维膜技术领域，具体地说，涉及一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法。包括如下步骤：将溶剂加入溶解釜内，开始搅拌，并对溶解釜进行升温；将聚合物膜材料和成孔剂加入溶解釜内；将亲水性聚合物和膜表面改性化学剂加入溶解釜内；溶解完毕后，停止加温和搅拌，静置脱泡；将溶解釜内部的料物将从环行喷丝头的缝隙中挤出，形成初生纤维；凝固成型，形成中空纤维膜；将中空纤维膜浸入水槽内；将中空纤维膜浸入甘油溶液内；将纳米级二氧化钛粉末喷涂在中空纤维膜上。本发明的设计使得聚合物膜材料能够充分溶解，可在膜表面形成大量稳定的亲水层，从而有助于改善膜的亲水性，同时具有自洁和杀灭有害细菌的功能，提高使用效果。

Description

一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及中空纤维膜技术领域，具体地说，涉及一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法。
背景技术
中空纤维膜是指外形像纤维状，具有自支撑作用的膜。中空纤维膜是以聚砜、二甲基乙酰胺为原料加工成中空内腔的纤维丝，再除以高渗透性聚合物，具有选择性渗透特性。由于水蒸气、氢、氨和二氧化碳渗透较快,而甲烷、氮、氩、氧和一氧化碳等渗透较慢,这样就使渗透快的与渗透慢的分离。中空纤维丝的外径通常是500-600pum、内径为200-300pum,做成3-6米的纤维束装入耐高压金属壳体内，纤维束一端被密封，另一端用特殊配方的环氧树脂粘结在一起。现有的中空纤维膜，其表面亲水效果差，也不具有自洁抑菌效果，在使用中，有一定缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的在于，提供一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将溶剂加入溶解釜内，开始搅拌，并对溶解釜进行升温；
S2、将聚合物膜材料和成孔剂加入溶解釜内，于40-50℃搅拌，溶解时间为5-7h；
S3、将亲水性聚合物和膜表面改性化学剂加入溶解釜内，于50-60℃搅拌，溶解时间为1-2h；
S4、溶解完毕后，停止加温和搅拌，静置脱泡15-18h；
S5、向溶解釜内通入氮气，将溶解釜内部的料物将从环行喷丝头的缝隙中挤出，形成初生纤维；
S6、用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽内，使其凝固成型，形成中空纤维膜；
S7、将中空纤维膜浸入水槽内4-6h，取出后晾干；
S8、将中空纤维膜浸入甘油溶液内8-10h，取出后晾干；
S9、将纳米级二氧化钛粉末喷涂在中空纤维膜上。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，溶剂选用二甲基乙酰胺；
所述二甲基乙酰胺的制备方法为，乙酐法二甲胺与醋酐在0-20℃时进行酰化反应，然后用液碱低温中和除去醋酸，分离出醋酸钠，中和液再进行碱洗，精馏，取沸程164-166.5℃馏分为成品；
所述二甲基乙酰胺是一种常用作非质子极性溶剂，溶解力很强，可溶解的物质范围很广，能与水、芳香族化合物、酯、酮、醇、醚、苯和三氯甲烷等任意混溶，且能使化合物分子活化。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，聚合物膜材料选用聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯睛、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯的一种或多种。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，成孔剂选用盐水溶液，所述盐水溶液的浓度为15％。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，亲水性聚合物选用磺化聚苯乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、磺化聚砜、纤维素衍生物的一种或多种。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，膜表面改性化学剂选用羟基、羧基、磺酸基的一种或多种，经过酸性还原环境中的亲核反应，可在膜表面形成大量稳定的亲水层，从而有助于改善膜的亲水性。
作为本技术方案的进一步改进，所述S8中，甘油溶液中甘油的含量为40-50％。
作为本技术方案的进一步改进，所述S9中，二氧化钛粉末的制备方法包括如下步骤：
S1.1、将四氯化钛和氧气通入高温反应釜内；
S1.2、通入氮气作为载气；
S1.3、升温至1300-1500℃，生成纳米级二氧化钛，其反应式为：
TiCl4(g)+O2＝TiO2(s)+2Cl2(g)。
本实施例中二甲基乙酰胺的作用为，二甲基乙酰胺是一种常用作非质子极性溶剂，溶解力很强，可溶解的物质范围很广，能与水、芳香族化合物、酯、酮、醇、醚、苯和三氯甲烷等任意混溶，且能使化合物分子活化。
本实施例中聚偏氟乙烯的作用为，聚偏氟乙烯兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，化学结构中以氟一碳化合键结合，这种具有短键性质的结构与氢离子形成最稳定最牢固的结合。
本发明中纳米级二氧化钛的作用为，纳米级二氧化钛在可见光照射下可以对碳氢化合物作用，利用纳米级二氧化钛的光催化反应就可以把吸附在纳米级二氧化钛表面的有机污染物分解为二氧化钛和氧气，同剩余的无机物一起清理，实现自洁功能，同时纳米级二氧化钛在光线中紫外线的作用下产生超氧化物歧化酶，能够对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉进行杀灭，能够有效杀灭有害细菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果：该具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法中，采用二甲基乙酰胺作为溶剂，具有良好的溶解力，能够对聚合物膜材料进行充分溶解，提高整体反应效果，添加膜表面改性化学剂，经过酸性还原环境中的亲核反应，可在膜表面形成大量稳定的亲水层，从而有助于改善膜的亲水性，在表面涂抹二氧化钛粉末，利用纳米级二氧化钛的光催化反应就可以把吸附在纳米级二氧化钛表面的有机污染物分解为二氧化钛和氧气，同剩余的无机物一起清理，实现自洁功能，同时纳米级二氧化钛在光线中紫外线的作用下产生超氧化物歧化酶，能够有效杀灭有害细菌。
附图说明
图1为实施例1的整体方法流程框图；
图2为实施例1的二氧化钛粉末流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的目的在于，提供一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将溶剂加入溶解釜内，开始搅拌，并对溶解釜进行升温；
S2、将聚合物膜材料和成孔剂加入溶解釜内，于40-50℃搅拌，溶解时间为5-7h；
S3、将亲水性聚合物和膜表面改性化学剂加入溶解釜内，于50-60℃搅拌，溶解时间为1-2h；
S4、溶解完毕后，停止加温和搅拌，静置脱泡15-18h；
S5、向溶解釜内通入氮气，将溶解釜内部的料物将从环行喷丝头的缝隙中挤出，形成初生纤维；
S6、用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽内，使其凝固成型，形成中空纤维膜；
S7、将中空纤维膜浸入水槽内4-6h，取出后晾干；
S8、将中空纤维膜浸入甘油溶液内8-10h，取出后晾干；
S9、将纳米级二氧化钛粉末喷涂在中空纤维膜上。
本实施例中，S1中，溶剂选用二甲基乙酰胺；
其中，二甲基乙酰胺的制备方法为，乙酐法二甲胺与醋酐在0-20℃时进行酰化反应，然后用液碱低温中和除去醋酸，分离出醋酸钠，中和液再进行碱洗，精馏，取沸程164-166.5℃馏分为成品；
其中，二甲基乙酰胺是一种常用作非质子极性溶剂，溶解力很强，可溶解的物质范围很广，能与水、芳香族化合物、酯、酮、醇、醚、苯和三氯甲烷等任意混溶，且能使化合物分子活化。
进一步的，S2中，聚合物膜材料选用聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯睛、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯的一种或多种。
其中，本实施例优选采用聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，化学结构中以氟一碳化合键结合，这种具有短键性质的结构与氢离子形成最稳定最牢固的结合。
具体的，S2中，成孔剂选用盐水溶液，盐水溶液的浓度为15％。
采用盐水溶液能够提高铸膜溶液的非牛顿指数，即，铸膜溶液的表观粘度增强，提高成品性能。
其中，剪切应力计算公式如下：
Figure BDA0002467075460000061
式中，R为毛细管半径，L为毛细管长度，p为溶液表压，98(Hd0)为料管中溶液自重压力，H为溶液在料管中的高度，d0为试验温度下溶液密度，剪切速率计算公式如下：
Figure BDA0002467075460000062
式中，t为溶液自毛细管流出的时间，w为t时间内自毛细管流出溶液的重量，非牛顿指数计算公式如下：
Figure BDA0002467075460000071
此外，S3中，亲水性聚合物选用磺化聚苯乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、磺化聚砜、纤维素衍生物的一种或多种。
除此之外，S3中，膜表面改性化学剂选用羟基、羧基、磺酸基的一种或多种，经过酸性还原环境中的亲核反应，可在膜表面形成大量稳定的亲水层，从而有助于改善膜的亲水性。
再进一步的，S8中，甘油溶液中甘油的含量为40-50％。
值得说明的是，S9中，二氧化钛粉末的制备方法包括如下步骤：
S1.1、将四氯化钛和氧气通入高温反应釜内；
S1.2、通入氮气作为载气；
S1.3、升温至1300-1500℃，生成纳米级二氧化钛，其反应式为：
TiCl4(g)+O2＝TiO2(s)+2Cl2(g)。
其中，纳米级二氧化钛在可见光照射下可以对碳氢化合物作用，利用纳米级二氧化钛的光催化反应就可以把吸附在纳米级二氧化钛表面的有机污染物分解为二氧化钛和氧气，同剩余的无机物一起清理，实现自洁功能；
同时纳米级二氧化钛在光线中紫外线的作用下产生超氧化物歧化酶，能够对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉进行杀灭，能够有效杀灭有害细菌。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将溶剂加入溶解釜内，开始搅拌，并对溶解釜进行升温；
S2、将聚合物膜材料和成孔剂加入溶解釜内，于40-50℃搅拌，溶解时间为5-7h；
S3、将亲水性聚合物和膜表面改性化学剂加入溶解釜内，于50-60℃搅拌，溶解时间为1-2h；
S4、溶解完毕后，停止加温和搅拌，静置脱泡15-18h；
S5、向溶解釜内通入氮气，将溶解釜内部的料物将从环行喷丝头的缝隙中挤出，形成初生纤维；
S6、用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽内，使其凝固成型，形成中空纤维膜；
S7、将中空纤维膜浸入水槽内4-6h，取出后晾干；
S8、将中空纤维膜浸入甘油溶液内8-10h，取出后晾干；
S9、将纳米级二氧化钛粉末喷涂在中空纤维膜上。
2.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S1中，溶剂选用二甲基乙酰胺。
3.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S2中，聚合物膜材料选用聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯睛、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S2中，成孔剂选用盐水溶液，所述盐水溶液的浓度为15％。
5.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S3中，亲水性聚合物选用磺化聚苯乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、磺化聚砜、纤维素衍生物的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S3中，膜表面改性化学剂选用羟基、羧基、磺酸基的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S8中，甘油溶液中甘油的含量为40-50％。
8.根据权利要求1所述的具有自洁抑菌的中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述S9中，二氧化钛粉末的制备方法包括如下步骤：
S1.1、将四氯化钛和氧气通入高温反应釜内；
S1.2、通入氮气作为载气；
S1.3、升温至1300-1500℃，生成纳米级二氧化钛，其反应式为：
TiCl4(g)+O2＝TiO2(s)+2Cl2(g)。
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