一種複合相分離平板微濾膜的製備方法
2023-12-12 21:30:42 2
一種複合相分離平板微濾膜的製備方法
【專利摘要】一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，屬於膜分離【技術領域】。以質量百分比量取聚丙烯腈(PAN)、有機酸、N,N-二甲基甲醯胺分別為12%～22%、7%～12%、66%～81%，將它們混合均勻，加熱至40～60℃，得到鑄膜液，然後將鑄膜液流延在溫度為20～80℃的玻璃板上製成平板膜中間體，接著將平板膜中間體浸入5～35℃的2%的碳酸鹽或碳酸氫鹽的水溶液中，脫除其中的N,N-二甲基甲醯胺，並發生化學反應，得到聚丙烯腈平板微濾膜。所得到的平板微濾膜的膜斷面為非對稱和異向型，具有較好的抗汙染性能。
【專利說明】一種複合相分離平板微濾膜的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，公開一種使用複合相分離法製備平板微濾膜工藝，製得的多孔膜可以用在環保、水處理等領域，屬於膜分離【技術領域】。
技術背景
[0002]膜分離技術集成了高分子材料科學、物理化學、有機合成、分離工程、機械設備等多學科內容。膜技術的發展得到了世界各國政府和科學家的高度重視。美國官方文件在提到膜分離技術的重要性時說，:18世紀電器改變了整個工業過程，而21世紀膜技術改變了整個世界」。國際學術界一致認為:「誰掌握了膜技術，誰就掌握了化工的未來」。有關機構也指出:膜技術與光纖、超導等技術將成為主導未來工業的六大高新技術之一，也將是21世紀十大高科技產業之一。可見，發展膜分離技術對於經濟發展和科學建設具有重要而深遠的意義。膜分離過程作為一門新型的高分離、濃縮、提純及淨化技術，具有能耗低、出水水質好、佔地面積小、處理效率高、汙泥產率低等諸多優點，和其他傳統分離技術相比，膜分離技術具有無可比擬的優勢，特別是它在節能、環境保護以及水資源的再生利用方面的突出表現，使人們對膜分離技術的發展前景刮目相看。膜分離技術已在海水淡化、汙水處理、石油化工、節能技術、清潔技術、生化、醫藥、輕工、食品、醫療衛生、環保、電子、紡織、冶金、能源、航天、重工等行業領域得到了廣泛應用。
[0003]聚合物多孔膜的製備方法有很多種，主要有相轉化法、無機粒子作為填充劑或添加劑、燒結和核徑跡。因為相轉化法具有簡單、生產規模靈活及成本低的特點，目前工業上主要採用相轉化法來製備膜。相轉化法主要包括非溶劑致相分離和熱致相分離。非溶劑致相分離法(NIPS)，也叫浸潰沉澱法(L-S法)，是鑄膜液浸入凝膠浴中時，溶劑和非溶劑發生交換，最終導致聚合物凝膠化。熱致相分離法(TIPS)是指在高溫下將聚合物溶解在沸點高分子量小的稀釋劑中製成均相溶液，然後將該均相的聚合物溶液預製成所需要的形狀並冷卻讓其發生相分離，從而製得多孔膜。熱致相分離法(TIPS)與非溶劑致相分離法(NIPS)最大的區別在於前者需要熱量交換將均相膜液轉換成兩相，而後者是依靠溶劑和非溶劑的質量交換來成膜。熱致相分離法(TIPS)製備多孔膜時易形成強度差、通量低的球晶堆積結構，而不易形成強度高和通量高的非對稱和異向型的互穿網絡結構。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種複合相分離平板微濾膜的製備方法。
[0005]很多研究者已經對熱致相分離法(TIPS)和非溶劑致相分離法(NIPS)製備多孔膜做了大量的研究，但是把兩者相結合的制膜方法，即複合相分離法的相關研究比較罕見。因此本發明將化學反應誘導的非溶劑致相和熱致相結合起來製備平板微濾膜，所得到的平板微濾膜的膜斷面為非對稱和異向型，膜表面孔徑為0.085?0.1微米(μ m)，具有很好的抗汙染性能。
[0006]本發明的具體技術方案如下:[0007]—種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0008](I)鑄膜液的配製
[0009]依次將二甲基甲醯胺、有機酸置於容器中，攪拌均勻至完全溶解，然後加入聚丙烯腈(PAN)，攪拌均勻至完全溶解，得到鑄膜液並加熱至40?60°C ;其中聚丙烯腈(PAN)、有機酸、N，N- 二甲基甲醯胺的質量百分比分別為12%?22%、7%?12%、66%?81% ；
[0010](2)平板膜中間體的製備
[0011]將步驟(I)的40?60°C的鑄膜液流延到溫度為20?80°C玻璃板一端，使其呈一字排開，然後用玻璃刮刀將排開的鑄膜液推至玻璃板另一端，得到平板膜中間體；
[0012](3)聚丙烯腈(PAN)平板微濾膜的製備
[0013]將步驟(2)製成的平板膜中間體浸入到溫度為5?35°C的碳酸鹽(碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀)的水溶液中，優選碳酸鹽溶液濃度2wt%，脫除膜中的N，N- 二甲基甲醯胺，並發生化學反應，浸泡2小時後取出放入純水中浸泡，即得到PAN平板微濾膜。
[0014]步驟(I)中的有機酸可以為氨基磺酸、富馬酸、馬來酸、蘋果酸或冰醋酸，優選富馬酸、蘋果酸。
[0015]優選步驟(I)中聚丙烯腈的質量分數為18%。
[0016]本發明的優點:
[0017]本發明主要採用化學反應誘導的非溶劑致相和熱致相分離相結合的方法，即複合相分離方法製備聚丙烯腈平板微濾膜。本發明的聚丙烯腈平板微濾膜對蛋白質分子的截留率達到了 95.6%ο
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的聚丙烯腈平板微濾膜的電子掃描電鏡圖；
[0019]圖2為實施例3的孔徑分布圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。但本發明並不限於以下實施例，以下實施例所得的膜厚為0.15毫米(mm)左右。
[0021]實施例1
[0022]第一步，依次將N，N-二甲基甲醯胺、有機酸置於容器中，攪拌均勻至完全溶解，然後加入聚丙烯腈(PAN)，攪拌均勻至完全溶解，得到的鑄膜液並加熱至50°C ;其中聚丙烯腈(PAN):蘋果酸:N, N- 二甲基甲醯胺的質量比=16%:9%:75% ；
[0023]第二步，將步驟(I)的50°C的鑄膜液流延到溫度為50°C玻璃板一端，使其呈一字排開，然後用玻璃刮刀將排開的鑄膜液推至玻璃板另一端，得到平板膜中間體；
[0024]第三步，將步驟(2)製成的平板膜中間體浸入到溫度為15°C的2%碳酸氫鈉的水溶液中，脫除膜中的溶劑，並發生化學反應，浸泡2小時後取出放入純水中浸泡，即得到PAN平板微濾膜。
[0025]本實施例製備的微濾膜，在25°C，0.1MPa下的水通量為134.7ml.cm—2.h—1，蛋白質的截留率為88.5%。
[0026]實施例2[0027]第一步，依次將N，N- 二甲基甲醯胺、有機酸置於容器中，攪拌均勻至完全溶解，然後加入聚丙烯腈(PAN)，攪拌均勻至完全溶解，得到鑄膜液並加熱至50°C ;其中聚丙烯腈(PAN):富馬酸:N, N- 二甲基甲醯胺的質量比=18%:10%:72% ；
[0028]第二步，將步驟(1)的50°C的鑄膜液流延到溫度為80°C玻璃板一端，使其呈一字排開，然後用玻璃刮刀將排開的鑄膜液推至玻璃板另一端，得到平板膜中間體；
[0029]第三步，將步驟(2)製成的平板膜中間體浸入到溫度為25°C的2%鹽碳酸鈉的水溶液中，脫除膜中的溶劑，並發生化學反應，浸泡2小時後取出放入純水中浸泡，即得到PAN平板微濾膜。
[0030]本實施例製備的微濾膜，在25°C，0.1MPa下的水通量為100ml.cnT2.h-1，蛋白質的截留率為83.4%。
[0031]實施例3
[0032]第一步，依次將N，N-二甲基甲醯胺、有機酸置於容器中，攪拌均勻至完全溶解，然後加入聚丙烯腈(PAN)，攪拌均勻至完全溶解，得到鑄膜液並加熱至60°C ;其中聚丙烯腈(PAN):冰醋酸:N, N- 二甲基甲醯胺的質量比=18%:9%:73% ；
[0033]第二步，將步驟(1)的60°C的鑄膜液流延到溫度為50°C玻璃板一端，使其呈一字排開，然後用玻璃刮刀將排開的鑄膜液推至玻璃板另一端，得到平板膜中間體；
[0034]第三步，將步驟(2)製成的平板膜中間體浸入到溫度為35°C的2%碳酸氫鈉的水溶液中，脫除膜中的溶劑，並發生化學反應，浸泡2小時後取出放入純水中浸泡，即得到PAN平板微濾膜。
[0035]本實施例製備的微濾膜，在25°C，0.1MPa下的水通量為82ml.cm-2.h-1蛋白質的截留率為95.6%。
[0036]純水通量定義為單位時間、單位面積通過的純水體積，即錯誤！未找到引用源。，其中J為純水通量，A為膜的面積，V為膜的透水量，t為測試時間。
[0037]牛血清白蛋白(BSA)過濾:將一定量的牛血清白蛋白溶於0.3g/L NaOH溶液中，配製成0.lg/L的BSA溶液。[0038]本發明的複合相分離法製得的聚丙烯腈平板微濾膜斷面的電子掃描電鏡圖件圖1，實施例3的孔徑分布圖件圖2，通過掃描電子顯微鏡觀測，實施例3得到的膜為典型的不對稱膜的異向型結構，膜表面孔徑大部分分布在0.1微米(μπι)。
【權利要求】
1.一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)鑄膜液的配製 依次將二甲基甲醯胺、有機酸置於容器中，攪拌均勻至完全溶解，然後加入聚丙烯腈(PAN)，攪拌均勻至完全溶解，得到鑄膜液並加熱至40?60°C ;其中聚丙烯腈(PAN)、有機酸、N, N- 二甲基甲醯胺的質量百分比分別為12%?22%、7%?12%、66%?81% ； (2)平板膜中間體的製備 將步驟(I)的40?60°C的鑄膜液流延到溫度為20?80°C玻璃板一端，使其呈一字排開，然後用玻璃刮刀將排開的鑄膜液推至玻璃板另一端，得到平板膜中間體； (3)聚丙烯腈(PAN)平板微濾膜的製備 將步驟(2)製成的平板膜中間體浸入到溫度為5?35°C的碳酸鹽的水溶液中，脫除膜中的N，N- 二甲基甲醯胺，並發生化學反應，浸泡2小時後取出放入純水中浸泡，即得到PAN平板微濾膜。
2.按照權利要求1的一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中所涉及的有機酸為氨基磺酸、富馬酸、馬來酸、蘋果酸或冰醋酸。
3.按照權利要求1的一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中所涉及的碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀或碳酸氫鉀。
4.按照權利要求1的一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中的有機酸為富馬酸和蘋果酸。
5.按照權利要求1的一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中聚丙烯腈的質量分數為18%。
6.按照權利要求1的一種複合相分離平板微濾膜的製備方法，其特徵在於，碳酸鹽水溶液濃度為2wt%。
【文檔編號】B01D69/06GK103611429SQ201310594642
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】王湛, 楊文濤, 程立娜, 張倩, 張西明 申請人:北京工業大學