亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法与流程

本发明涉及中空纤维超滤膜领域，特别涉及一种亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法。

背景技术：

1、中空纤维超滤膜，指的是一种用于分离、过滤和浓缩液体的膜技术，其工作原理是通过膜上的微小孔隙来分离溶液中的不同组分，当压力被施加到膜上时，溶液中的溶质(如大分子、悬浮物或细菌)会被膜上的孔隙截留，而水分子则可以通过这些孔隙实现分离和浓缩的过程。

2、聚醚砜由于其具有高温耐受性、良好的化学稳定性以及良好的机械强度等特点，进而使得聚醚砜可作为一种性能优良的中空纤维超滤膜材料，已经可被推广应用于电子、医药、电泳漆、饮料、食品化工、医疗和废水处理及回收利用等诸多应用场景的使用。虽然聚醚砜中空纤维超滤膜具有诸多优势，但是其也存在表面疏水性较强、导致带电污染物容易吸附在膜表面进而形成膜污染的问题，使膜性能降低且使用寿命减短，故研制一款高亲水，高通量，耐污染的聚醚砜中空纤维膜成为近来的一个重要研究方向。

3、当然现有技术也有通过在聚醚砜表面进行化学改性或者物理改性的方式、或者在聚醚砜材料中添加具有亲水性的添加剂的方式进行聚醚砜中空纤维超滤的亲水改性，具体来将分为1.对膜表面进行物理或化学方向的改性，在膜表面嫁接亲水性官能团；2.将聚醚砜与亲水性高聚物共混，形成稳定的共混体系，从而实现物理本体改性，但是大部分的方案存在制作工艺繁琐复杂、材料成本高以及工艺流程要求高等缺陷，进而导致这些方案也难以进行工业大规模的量产，从而依旧限制了聚醚砜中空纤维超滤膜的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法，具有配方材料简单、生产成本低和工艺操作简单的优点，易于工业上大规模生产推广，可被广泛应用于家用净水、海水淡化以及工业废水处理等诸多领域。

2、为实现以上目的，本技术方案提供了一种亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：准备铸膜料液：将聚醚砜类高分子、非溶剂、铸膜溶剂和铸膜助剂混合溶解得到铸膜料液；

4、s2：准备芯液：将芯液溶剂和芯液非溶剂混合溶解得到芯液；

5、s3：制备聚醚砜中空纤维超滤膜：将铸膜料液和芯液注入同一喷丝头挤出中空管状液膜，对中空管状液膜进行固化、清洗和晾干处理得到聚醚砜中空纤维超滤膜；

6、s4：准备磺酸内酯溶液：取设定比例的磺酸内酯、氯化铝或氯化锡和水混合得到磺酸内酯溶液；

7、s5:制备亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜：将聚醚砜中空纤维超滤膜浸泡于磺酸内酯溶液设定时间段后依次转移至酸性环境和碱性环境下清洗，取出晾干得到亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜。

8、需要说明的是，本方案在制备得到聚醚砜中空纤维超滤膜后再对其进行磺化处理，区别于对原材料进行磺化处理再制膜的方式可以更精准地控制磺化程度以确保膜表面的改性更加均匀，且后磺化的制备方法也更为简单易操作。

9、需要说明的是，本方案中氯化铝和氯化锡作为催化剂，以下以氯化铝作为催化剂来阐述关于本方案的聚醚砜中空纤维超滤膜同磺酸内酯溶液进行磺化处理的反应式如下：

10、

11、具体的，磺酸内酯溶液中的磺酸内酯和氯化铝反应得到磺酸中间体，磺酸中间体再与聚醚砜中空纤维超滤膜中的聚醚砜或者聚砜反应以实现聚醚砜中空纤维超滤膜的磺化处理。

12、在“准备铸膜料液”步骤中，聚醚砜类高分子选择为聚醚高分子或者聚醚砜高分子的一种，铸膜溶剂选择为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，n-甲基吡咯烷酮的至少其中一种，铸膜助剂选择为聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮的至少其中一种。

13、在一些实施例中，铸膜料液中的非溶剂选择为二甘醇。

14、具体的，步骤“s1准备铸膜料液”包括以下步骤：将聚醚砜类高分子、非溶剂、铸膜溶剂和铸膜助剂置于溶解釜中在设定条件下混合得到铸膜料液，其中设定条件为在温度40-60℃，转速为100r/min条件下，搅拌溶解24-48小时并降温至20-30℃后，于压力为-0.09—-0.08mpa条件下真空脱泡8-12h。

15、在“准备芯液”步骤中，芯液溶剂选择为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，n-甲基吡咯烷酮的其中一种，芯液非溶剂选择为水，乙醇的其中一种。

16、具体的，步骤“s2准备芯液”包括以下步骤：将芯液溶剂和芯液非溶剂置于搅拌釜中在设定条件下得到芯液，其中设定条件为在转速100r/min条件下搅拌混合4h，在压力为-0.05mpa条件下真空脱泡2-4h后。

17、在“制备聚醚砜中空纤维超滤膜”步骤中，将铸膜料液和芯液分别通过齿轮泵由铸膜液通道和芯液通道注入同一个喷丝头，经由同一喷丝头的铸膜液口和芯液口挤出中空管状液膜，将中空管状液膜依次经过空气段、凝固池、浸泡池得到中空纤维膜丝，对中空纤维膜丝依次经过水、甘油的浸泡后晾干得到聚醚砜中空纤维超滤膜。

18、具体的，将中空管状液膜通过空气段高度后进入到凝固池中固化，随后恒温浸泡脱除溶剂得到中空纤维膜丝，对中空纤维膜丝依次经过水、甘油的浸泡后在空气中晾干得到聚醚砜中空纤维超滤膜。

19、在“准备磺酸内酯溶液”步骤中，取1-20％的磺酸内酯、0.1-15％的氯化铝或0.1-15％的氯化锡配置成磺酸内酯溶液。

20、在“制备亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜”步骤中，将聚醚砜中空纤维超滤膜放入反应槽内并注入磺酸内酯溶液，置于恒温50-80℃环境下浸泡2-24小时，随后将浸泡得到的聚醚砜中空纤维超滤膜转移至0.1-2n hcl水溶液中浸泡2-24小时，随后转移至1m的naoh水溶液中浸泡2-24后利用反渗透水清洗浸泡24小时后在30％到50％的甘油溶液中浸泡8-24小时，在空气中晾干得到亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜。

21、本方案提供的亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜的制备方法具有配方简单、材料和生产成本低，工艺操作简单，易于大规模生产的优势，可广泛应用于家用净水，海水淡化，及工业废水处理等领域。

22、第二方面，本方案提供了一种根据上述亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜的制备方法制备得到的亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜，在聚醚砜中空纤维超滤膜的表面嫁接磺酸基官能团。需要说明的是，本方案制备得到的亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜的亲水性强、负电性强，耐污染能力强，通量和有机物的截留高。

23、相较于现有技术，本技术方案具有以下特点和有益效果：

24、本方案是在聚醚砜中空纤维超滤膜成膜之后再将其与磺酸内酯溶液反应实现后磺化，不需要改变聚醚砜中空纤维超滤膜的成膜机理和成膜过程，通过磺化后处理的工艺在聚醚砜中空纤维超滤膜上嫁接磺酸官能团，进而改善聚醚砜中空纤维超滤膜的亲水性。且本方案独创性的利用磺酸内酯配置得到磺酸内酯溶液对聚醚砜中空纤维超滤膜进行磺化处理的方式具有过程简单、配方简单以及可控性高的优势，通过该方式磺化得到的聚醚砜中空纤维超滤膜具有亲水性高且分布均匀的优势，可大量地推广应用于工业生产。