一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法技术

本发明专利技术属于膜分离技术领域，涉及一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，(1)界面聚合分两相，水相是一定质量分数间苯二胺(MPD)的水和醇混合溶液，油相为一定质量分数均苯三甲酰氯(TMC)的己烷溶液；(2)先用油相溶液润湿聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余油相溶液，自然风干；(3)将水和醇的混合溶液浸没纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余溶液，用风刀吹扫膜表面直到颜色变钝暗；(4)重复(2)和(3)步骤后将膜放入烘箱进行热处理，最后再将膜浸泡，空气中常温下自然晾干。本发明专利技术方法环境友好、反应条件温和、制备方法简单，解决了疏水大孔纳米纤维界面聚合的问题。

Preparation of a hydrophobic macroporous polyimide nanofiber membrane

The invention belongs to the technical field of membrane separation, and relates to a method for preparing macroporous hydrophobic polyimide nanofiber membrane is, (1) two-phase interfacial polymerization, aqueous phase is a certain mass fraction of benzene two amine (MPD) of the water and ethanol mixed solution, oil phase for a certain concentration of trimesoyl chloride (TMC) hexane solution; (2) the first oil phase solution wetting of polyimide (PI) nano fiber membrane, 1 ~ 5min, pour off the excess oil phase solution, drying; (3) the mixed solution immersion nano fiber membrane water and alcohol, maintained 1 ~ 5min, poured out excess solution, blowing film surface with the wind knife until the color dull dark; (4) repeat (2) and (3) steps after the membrane into the oven to heat treatment, the natural air dry film soaking at room temperature. The method of the invention has the advantages of friendly environment, mild reaction conditions and simple preparation method, which solves the problem of interfacial polymerization of hydrophobic macroporous nanofibers.

【技术实现步骤摘要】
一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法
本专利技术属于膜分离
，具体来说为一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法。
技术介绍
以渗透压差作为驱动力的正渗透(FO)过程在近几年得到了越来越多的关注，其中在RO海水淡化过程中，FO可以作为预处理过程降低反渗透(RO)操作的能量消耗，同时也可以作为后处理过程减少浓盐水直排，既充分利用了有限的水资源，又降低了能耗，保护了环境，显示出巨大的应用潜力。FO膜作为FO过程的核心技术之一，目前大多数是TFC膜，结构与RO膜等压力驱动膜相似，即由起到支撑皮层作用的多孔支撑层和起到截留溶质作用的致密聚酰胺皮层构成。早期研究人员一般采用纳滤(NF)膜或RO膜作为FO膜，应用于FO时水通量却往往不足1LMH(L·m-2·h-1)，并无实际应用价值。(ElimelechM,PhillipWA.TheFutureofSeawaterDesalination:Energy,Technology,andtheEnvironment[J].Science,2011,333:712-717)。原因在于FO过程中存在着比RO过程更加严重的浓差极化(Concentrationpolarization，CP)现象。浓差极化直接导致了膜两侧的有效渗透压降低，使实际的水通量远低于理论值，是制约FO膜发展和应用的主要问题。有研究人员已经分析了FO过程的传质机理，认为外浓差极化(ECP)可以通过调整操作条件如改变流速，增大湍流溶液的程度来缓解，而内浓差极化(ICP)只能通过优化支撑层结构如改进制膜工艺和选择合适的膜材料来缓解。近几年来，FO膜性能有所提高，但是基于浓差极化产生的原理，即使是理想的膜(对水分子100％通过，对盐100％截留)，ICP现象仍然是不可避免。近年来人们发现纳米纤维膜的支撑层具有较高的孔隙率(通常在70-80％左右)，较低的曲率因子以及可控的孔径大小，能够有效减少ICP对水通量的影响，人们开始尝试将纳米纤维膜应用到正渗透过程中。(HuangL,ArenaJT,McCutcheonJR.SurfacemodifiedPVDFnanofibersupportedthinfilmcompositemembranesforforwardosmosis[J].JMembrSci,2016,499:352-360)。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，所述制备方法解决了现有技术中的难以在大孔径疏水纳米纤维膜界面聚合的问题，这样既能避免亲水材料纳米纤维膜容易溶胀的缺点，又能缓解正渗透过程中的浓差极化过程，提高了水通量。本专利技术的技术方案：一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤(1)：界面聚合分两相，水相是质量分数为0.1～10％间苯二胺的水和醇混合溶液，油相为质量分数为0.1～10％均苯三甲酰氯的己烷溶液；在室温下，将聚酰亚胺纳米纤维膜浸入到油相溶液中，静止除去表面溶液；油相单体为均苯三甲酰氯，保持1～5min，倒出多余油相溶液，自然风干；水相溶剂可为乙醇与去离子水的混合物，其中醇类占到水相溶剂质量分数为0.1～100％；水相单体为间苯二胺；步骤(2)：将水相溶液浸没聚酰亚胺纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余溶液，膜表面直到颜色变钝暗；步骤(3)：重复步骤(2)、(1)后将膜放入烘箱进行热处理；步骤(4)：将所制的初生膜转移到去离子水浴中，浸泡，充分去除溶剂；制得的膜自然晾干，得到高性能的界面聚合后纳米纤维正渗透膜。进一步，步骤(1)中油相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％，水相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％。进一步，步骤(2)、(3)中乙醇与去离子水的混合物，其中醇类占到水相溶剂质量分数为0.1～100％，保持时间为1～5min，确保水相单体在膜上分布均匀。进一步，将所制的复合膜放入40～100℃烘箱进行热处理1～10min。根据本专利技术所述疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，步骤(4)中初生膜在去离子水中的浸泡时间为1～7天，一天换水1～7次。本专利技术提供的一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，该方法的具体实施是：步骤(1)：界面聚合分两相，水相是质量分数为0.1～10％MPD的水和醇混合溶液，油相为质量分数为0.1～10％TMC的己烷溶液；在室温下，将聚酰亚胺纳米纤维膜浸入到油相溶液中，静止1min除去表面溶液；步骤(2)：将水相溶液浸没纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余溶液，用风刀吹扫膜表面直到颜色变钝暗；步骤(3)：将含有水相溶液倒入一次界面聚合的膜上，1～10分钟后移除溶液；采用压缩空气吹扫膜表面10～60秒后，通入有机相溶液5～60秒进行界面聚合反应，随后移除膜表面的有机溶液，并用压缩空气吹扫1～30秒；其次，将预界面聚合的正渗透膜放入将膜放入40～100℃烘箱进行热处理1～10min，取出后备用；步骤(4)：将所制的初生膜转移到去离子水浴中，浸泡1～7天，每天换水1～7次以充分去除溶剂。制得的膜于常温下空气中自然晾干，制得高性能的界面聚合后纳米纤维正渗透膜。根据一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，优选的是：步骤(1)中油相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％，水相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％；根据一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，优选的是：步骤(1)、(3)用油相溶液润湿聚酰亚胺纳米纤维膜保持时间为1～5min，确保油相单体在膜上分布均匀；根据一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，优选的是：步骤(2)、(3)中单元醇或多元醇与去离子水的混合物，在水相溶剂中至少包含各类醇类中一种或多种，其中醇类占到水相溶剂质量分数为0.1～100％，保持时间为1～5min，确保水相单体在膜上分布均匀；根据一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，优选的是：将所制的复合膜放入40～100℃烘箱进行热处理1～10min；根据一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，优选的是：步骤(4)中初生膜在去离子水中的浸泡时间为1～7天，一天换水1～7次。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术提供的一种在大孔(1.27微米)疏水性(108°)聚酰亚胺纳米纤维膜上界面聚合的新途径。PI材料因其优异的机械性能，热稳定性和耐化学性而广泛应用。PI膜的大孔是则是为了尽量减少水通量阻力。间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)为单体形成聚酰胺分离层。通过改变界面聚合顺序以及将乙醇作为界胺溶液共溶剂来达到减少孔径和改变膜接触角的目的。本专利技术方法环境友好、反应条件温和、制备方法简单，解决了疏水大孔纳米纤维界面聚合的问题，1mol/LNaCl溶液作为汲取液，去离子水作为原料液对其进行了正渗透表征，其渗透通量可达20L/(m2·h)以上，重复性好，膜的截留率高，通量稳定，制得高性能含致密界面聚合层的聚酰亚胺正渗透(FO)膜。膜测试方法：PI平板膜性能表征用去离子水做原料液，1M的NaCl溶液做汲取液，对PI平板膜FO模式和压力延迟渗透(PRO)模式的正渗透性能进行表征。水通量由公式(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤(1)：界面聚合分两相，水相是质量分数为0.1～10％间苯二胺的水和醇混合溶液，油相为质量分数为0.1～10％均苯三甲酰氯的己烷溶液；在室温下，将聚酰亚胺纳米纤维膜浸入到油相溶液中，静止除去表面溶液；油相单体为均苯三甲酰氯，保持1～5min，倒出多余油相溶液，自然风干；水相溶剂可为乙醇与去离子水的混合物，其中醇类占到水相溶剂质量分数为0.1～100％；水相单体为间苯二胺；步骤(2)：将水相溶液浸没聚酰亚胺纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余溶液，膜表面直到颜色变钝暗；步骤(3)：重复步骤(2)、(1)后将膜放入烘箱进行热处理；步骤(4)：将所制的初生膜转移到去离子水浴中，浸泡，充分去除溶剂；制得的膜自然晾干，得到高性能的界面聚合后纳米纤维正渗透膜。

【技术特征摘要】
1.一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤(1)：界面聚合分两相，水相是质量分数为0.1～10％间苯二胺的水和醇混合溶液，油相为质量分数为0.1～10％均苯三甲酰氯的己烷溶液；在室温下，将聚酰亚胺纳米纤维膜浸入到油相溶液中，静止除去表面溶液；油相单体为均苯三甲酰氯，保持1～5min，倒出多余油相溶液，自然风干；水相溶剂可为乙醇与去离子水的混合物，其中醇类占到水相溶剂质量分数为0.1～100％；水相单体为间苯二胺；步骤(2)：将水相溶液浸没聚酰亚胺纳米纤维膜，保持1～5min，倒出多余溶液，膜表面直到颜色变钝暗；步骤(3)：重复步骤(2)、(1)后将膜放入烘箱进行热处理；步骤(4)：将所制的初生膜转移到去离子水浴中，浸泡，充分去除溶剂；制得的膜自然晾干，得到高性能的界面聚合后纳米纤维正渗透膜。2.如权利要求1所述的一种疏水大孔聚酰亚胺纳米纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中油相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％，水相单体在溶液中的质量分数为0.01％～10％。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振良，池相宇，左艺诚，马晓华，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31