一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法技术

一种耐溶剂复合纳滤膜的制备方法，它涉及一种膜的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的纳滤膜存在醇类溶剂相容性好，导致溶剂渗透通量过低的问题。方法：一、制备超滤基膜；二、制备吡咯

【技术实现步骤摘要】
一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种膜的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米纤维是指直径微纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，因此其具有超细的直径、高比表面积、高孔隙率的特点，在纳米纤维众多制备方法中，静电纺丝技术由于操作简单、生产效率高而被广泛应用。并且制备的纳米纤维膜孔径介于0.1μm
‑
10μm之间，对乳化油（0.1μm
ꢀ‑
1μm）和分散油（10μm
ꢀ‑
100μm）有较高的分离效率，尤其是具有极端润湿性的超亲水纳米纤维膜可以显著提高膜表面的耐污染特性。因此，静电纺丝制备的超亲水纳米纤维膜被广泛应用于水包油乳液的分离，并且具有广阔的应用前景。
[0003]近年来，随着静电纺丝技术的规模化应用，其优势也逐渐被开发：可调润湿性、高通量、高分离效率，但是其在应用过程中仍然存在如下的挑战：（1）如何在纳米纤维表面上引入分层粗糙结构，以获得极端超浸润状态；（2）如何在纳米纤维中设计合适的化学分子结构已实现超浸润表面，并且精细结构不被外界破坏。因此，针对以上挑战从分子设计的角度开发了一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜，实现了膜表面的超亲水转化，同时实现了纳米纤维膜在油水分离过程中高通量、耐污染的特性，具有很大的市场前景和开发价值。
[0004]综上所述可知，通过在纳米纤维中设计合适的化学分子结构来获得不易被外界破坏的超亲水表面。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决现有方法制备的纳米纤维膜获得的润湿性不稳定为问题，从而导致渗透通量过低、易污染的问题，而提供种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法。
[0006]一、配置聚合物溶液：将聚合物溶于溶剂中，配置得到6%~17%的聚合物溶液，加热搅拌；二、配置含有活性亲水高分子的聚合物溶液：首先将第一种添加剂和聚合物溶于溶剂中，配置得到6%~13%的聚合物溶液，加热冷却后，以不同的质量分数同时将第二种、第三种添加剂加入到聚合物溶液中；三、静电纺丝参数设置：设置可调节的静电纺丝参数：纺丝时间为 1 h ~20 h，进料速率为 0.0001 mm/s ~0.01 mm/s，纺丝距离为 5 cm ~30 cm，滚筒转速为 50 rpm ~500 rpm，喷丝口直径为0.1 mm ~1.5 mm，电压为 11 KV ~40 KV，制备静电纺丝纳米纤维膜；四、制备多级结构超亲水纳米纤维膜：将步骤一得到的高浓度聚合物溶液13%~17%在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜支撑层；将步骤二得到的聚合物溶液6%~13%在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜的选择层结构；五、配置酸碱处理水溶液：配置浓度为0.05mol
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‑1~4mol
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‑1酸溶液以及浓度为0.01mol
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‑1~4 mol
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‑1碱溶液；
六、优化处理：将步骤三、步骤四制备的纳米纤维膜在80~150℃下热压处理0.5h~4h，冷却至室温后浸入步骤六配置的浓度为0.01mol
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‑1~4mol
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‑1碱溶液中，20℃~80℃下处理1h~5h，取出后浸入步骤六配置的浓度为0.05mol
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‑1~4mol
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‑1酸溶液中，20℃~80℃下处理1h~5h；本专利技术优点：一、本专利技术利用3
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缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷(KH
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560)、聚醚胺(PEA)的端氨基和聚乙二醇二缩水甘醚(PEG
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DGE)的端环氧基之间的开环反应，生成新型亲水高分子聚合物；二、本专利技术利用开环反应过程中3
‑
缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷(KH
‑
560)本身的水解缩合反应，进而形成交联网状结构，提高膜孔隙率，从而在纳米纤维中设计了稳定的分子结构提高膜表面的润湿性；三、本专利技术利用形成的新型亲水高分子聚合物在高电压下和聚丙烯腈的相分离速率差异，从而实现新型亲水聚合物向膜表面偏析，改变膜表面润湿性；四、本专利技术设计了超薄的具有较细纤维直径的活性选择层结构（8μm
±
2μm）以及具有较粗纤维直径的支撑层结构（60μm
±
5μm），在油水分离过程中最大化减小传质阻力，实现高通量(甲苯乳液分离通量达到29840 L
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‑2·
h
‑1·
bar
‑1,正辛烷乳液的分离通量达到22203 L
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‑2·
h
‑1·
bar
‑1)。
附图说明
[0007]图1是试验一制备多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的动态接触角数码图片；图2是制备的多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的水下油接触角的数码图片；图3是乳液渗透通量
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时间曲线图和截留率
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时间曲线图，图中柱状图表示溶剂渗透通量
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时间 曲线图，图中折线图表示截留率
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时间曲线图。
具体实施方式
[0008]具体实施方式一：本实施方式是一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法，具体是按以下步骤制备的：一、配置聚合物溶液：将聚合物溶于溶剂中，配置得到6%~17%的聚合物溶液，加热搅拌；二、配置含有活性亲水高分子的聚合物溶液：首先将第一种添加剂和聚合物溶于溶剂中，配置得到6%~13%的聚合物溶液，加热冷却后，以不同的质量分数同时将第二种、第三种添加剂加入到聚合物溶液中；三、静电纺丝参数设置：设置可调节的静电纺丝参数：纺丝时间为 1 h ~20 h，进料速率为 0.0001 mm/s ~0.01 mm/s，纺丝距离为 5 cm ~30 cm，滚筒转速为 50 rpm ~500 rpm，喷丝口直径为0.1 mm ~1.5 mm，电压为 11 KV ~40 KV，制备静电纺丝纳米纤维膜；四、制备多级结构超亲水纳米纤维膜：将步骤一得到的高浓度聚合物溶液13%~17%在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜支撑层；将步骤二得到的聚合物溶液6%~13%在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜的选择层结构；五、配置酸碱处理水溶液：配置浓度为0.05mol
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‑1~4mol
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‑1酸溶液以及浓度为0.01mol
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‑1~4 mol
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‑1碱溶液；六、优化处理：将步骤三、步骤四制备的纳米纤维膜在80~150℃下热压处理0.5h~4h，冷却至室温后浸入步骤六配置的浓度为0.01mol
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‑1~4mol
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‑1碱溶液中，20℃~80℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法，其特征在于多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法是按以下步骤制备的：步骤一配置聚合物溶液：将聚合物溶于溶剂中，配置得到6％～17％的聚合物溶液，加热搅拌；步骤二配置含有活性亲水高分子的聚合物溶液：首先将第一种添加剂和聚合物溶于溶剂中，配置得到6％～13％的聚合物溶液，加热冷却后，以不同的质量分数同时将第二种、第三种添加剂加入到聚合物溶液中；步骤三静电纺丝参数设置：设置可调节的静电纺丝参数：纺丝时间为1h～20h，进料速率为0.0001mm/s～0.01mm/s，纺丝距离为5cm～30cm，滚筒转速为50rpm～500rpm，喷丝口直径为0.1mm～1.5mm，电压为11KV～40KV，制备静电纺丝纳米纤维膜；步骤四制备多级结构超亲水纳米纤维膜：将步骤一得到的高浓度聚合物溶液13％～17％在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜支撑层；将步骤二得到的聚合物溶液6％～13％在步骤三的纺丝参数下，制备多级结构纳米纤维膜的选择层结构；步骤五配置酸碱处理水溶液：配置浓度为0.05mol
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‑1～4mol
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‑1酸溶液以及浓度为0.01mol
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‑1～4mol
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‑1碱溶液；步骤六优化处理：将步骤三、步骤四制备的纳米纤维膜在80～150℃下热压处理0.5h～4h，冷却至室温后浸入步骤六配置的浓度为0.01mol
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‑1～4mol
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‑1碱溶液中，20℃～80℃下处理1h～5h，取出后浸入步骤六配置的浓度为0.05mol
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‑1～4mol
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‑1酸溶液中，20℃～80℃下处理1h～5h。2.根据权利要求1所述的一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚合物为聚丙烯腈；步骤一中所述的溶剂为N
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N二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1所述的一种多级结构超亲水聚丙烯腈油水分离膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述第一种添...

【专利技术属性】
技术研发人员：程喜全，马军，张瑛洁，王凯，孙泽坤，
申请(专利权)人：山东中欧膜技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：