一种PDMS/BC/PVDF中空纤维膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：（1）PVDF中空纤维基膜冲洗中性后灭菌备用；（2）PVDF混合木醋杆菌培养基培养，微波干燥形成PVDF/BC的复合体；（3）将PVDF/BC的复合体多次浸入硅橡胶铸膜液并晾干，真空干燥至完全交联，制得PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜。本发明在聚偏氟乙烯PVDF（支承层）和聚二甲基硅氧烷PDMS（分离层）之间引入了细菌纤维素BC作为连接层，形成支承层、连接层和分离层的有机体，解决了分离层与支撑层易分离的问题，提升了复合膜的抗污染能力，延长了使用寿命，具有广阔的工业应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于渗透汽化优先透醇的PDMS/BC/PVDF（聚二甲基硅氧烷/细菌纤维素/聚偏氟乙烯）复合中空纤维膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离领域。

背景技术

在有机分子的分离行业，如发酵液中分离有机代谢产物、从废水中分离甲苯等，渗透汽化过程被视为经济有效的分离方式，而在渗透汽化应用领域，其关键的核心在于渗透汽化膜，优秀的渗透汽化膜不仅在选择性和通量要有良好的表现，而且机械强度也要达到一定的要求。为实现分离度和通量上的统一，目前优先透醇的渗透汽化膜采用复合膜的制备方式得到，但支承层和分离层的材料属性不同，容易出现支承层和分离层的分离，机械性能不够稳定，尤其是在中空纤维组件中，往往会因为一根中空纤维膜丝出现分离层破损或脱落导致整个组件的报废，维护成本高。

细菌纤维素(BC)是一种新型的纳米生物材料，具有高结晶度、高拉伸强度和高弹性模量等性能，应用广泛。目前细菌纤维素已经应用于食品、造纸、生物医学材料、声音振动膜以及污水处理等领域，已经成为了国际上的研究热点之一，但在渗透汽化行业的应用还处在初始阶段。

发明内容

本发明的目的是针对以上关键问题，提供一种PDMS/BC/PVDF复合膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的中空纤维复合膜的制备方法包括以下步骤：

（1）用去离子水将聚偏氟乙烯中空纤维基膜冲洗之中性，并将每根中空纤维基膜的两端封口，放入含有600PPM次氯酸钠的水溶液中浸泡30min，然后用无菌水冲洗干净，并放置于无菌水中备用；

（2）培养基灭菌后，接入能代谢产生细菌纤维素的木醋杆菌，于25-30℃震荡培养6-12h，然后无菌条件下将无菌处理后的聚偏氟乙烯中空纤维基膜浸入培养液中，继续震荡0.5-1h，取出基膜，并将基膜于25-30℃温度、60-70RH%湿度条件下静置培养3-6天，再取出基膜，于0.1M的NaOH溶液中浸泡1h，然后用去离子水反复冲洗至中性，最后经微波干燥脱水后得聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体；所述培养基组成为：葡萄糖1-3wt%、酵母粉0.5-1wt%、酒精2-4wt%、果胶0.025-0.05wt%，余量为水；

（3）将干燥的聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体浸入硅橡胶铸膜液中30-60秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作2-4次，然后放入真空烘箱内在35-115℃下真空干燥至完全交联，制得PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜。

其中，所述硅橡胶铸膜液可以由以下方法制备：以重量计，取聚二甲基硅氧烷1份溶于正己烷中，后加入交联剂正硅酸乙酯0.04-0.15份，混合搅拌0.5-4小时，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡0.01-0.1份，后补充加入正己烷至混合液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比浓度为1-5％，室温搅拌4-24小时，离心、脱泡制成制膜液。

与现有技术相比，本发明在聚偏氟乙烯PVDF（支承层）和聚二甲基硅氧烷PDMS（分离层）之间引入了细菌纤维素BC作为连接层，形成支承层、连接层和分离层的有机体，解决了分离层与支撑层易分离的问题，提升了复合膜的抗污染能力，延长了使用寿命，具有广阔的工业应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

（1）用去离子水将聚偏氟乙烯中空纤维基膜冲洗之中性，并将每根中空纤维基膜的两端封口，放入含有600PPM次氯酸钠的水溶液中浸泡30min，然后用无菌水冲洗干净，并放置于无菌水中备用；

（2）培养基灭菌后，接入能代谢产生细菌纤维素的木醋杆菌，于25℃震荡培养12h，然后无菌条件下将无菌处理后的聚偏氟乙烯中空纤维基膜浸入培养液中，继续震荡1h，取出基膜，并将基膜于25℃温度、60RH%湿度条件下静置培养6天，再取出基膜，于0.1M的NaOH溶液中浸泡1h，然后用去离子水反复冲洗至中性，最后经微波干燥脱水后得聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体；所述培养基组成为：葡萄糖3wt%、酵母粉1wt%、酒精2wt%、果胶0.025wt%，余量为水；

（3）将干燥的聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体浸入硅橡胶铸膜液中30秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作4次，然后放入真空烘箱内在35℃下真空干燥至完全交联，制得PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜。

其中，硅橡胶铸膜液由以下方法制备：以重量计，取聚二甲基硅氧烷1份溶于正己烷中，后加入交联剂正硅酸乙酯0.04份，混合搅拌0.5小时，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡0.01份，后补充加入正己烷至混合液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比浓度为1％，室温搅拌4小时，离心、脱泡制成制膜液。

实施例2：

（1）用去离子水将聚偏氟乙烯中空纤维基膜冲洗之中性，并将每根中空纤维基膜的两端封口，放入含有600PPM次氯酸钠的水溶液中浸泡30min，然后用无菌水冲洗干净，并放置于无菌水中备用；

（2）培养基灭菌后，接入能代谢产生细菌纤维素的木醋杆菌，于30℃震荡培养6h，然后无菌条件下将无菌处理后的聚偏氟乙烯中空纤维基膜浸入培养液中，继续震荡0.5h，取出基膜，并将基膜于30℃温度、70RH%湿度条件下静置培养3天，再取出基膜，于0.1M的NaOH溶液中浸泡1h，然后用去离子水反复冲洗至中性，最后经微波干燥脱水后得聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体；所述培养基组成为：葡萄糖1wt%、酵母粉0.5wt%、酒精4wt%、果胶0.05wt%，余量为水；

（3）将干燥的聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体浸入硅橡胶铸膜液中60秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作2次，然后放入真空烘箱内在115℃下真空干燥至完全交联，制得PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜。

其中，硅橡胶铸膜液由以下方法制备：以重量计，取聚二甲基硅氧烷1份溶于正己烷中，后加入交联剂正硅酸乙酯0.15份，混合搅拌4小时，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡0.1份，后补充加入正己烷至混合液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比浓度为5％，室温搅拌24小时，离心、脱泡制成制膜液。

实施例3：

（1）用去离子水将聚偏氟乙烯中空纤维基膜冲洗之中性，并将每根中空纤维基膜的两端封口，放入含有600PPM次氯酸钠的水溶液中浸泡30min，然后用无菌水冲洗干净，并放置于无菌水中备用；

（2）培养基灭菌后，接入能代谢产生细菌纤维素的木醋杆菌，于28℃震荡培养10h，然后无菌条件下将无菌处理后的聚偏氟乙烯中空纤维基膜浸入培养液中，继续震荡0.5h，取出基膜，并将基膜于28℃温度、65RH%湿度条件下静置培养5天，再取出基膜，于0.1M的NaOH溶液中浸泡1h，然后用去离子水反复冲洗至中性，最后经微波干燥脱水后得聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体；所述培养基组成为：葡萄糖2wt%、酵母粉0.8wt%、酒精3wt%、果胶0.04wt%，余量为水；

（3）将干燥的聚偏氟乙烯/细菌纤维素的复合体浸入硅橡胶铸膜液中40秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作3次，然后放入真空烘箱内在70℃下真空干燥至完全交联，制得PDMS/BC/PVDF复合中空纤维膜。

其中，硅橡胶铸膜液由以下方法制备：以重量计，取聚二甲基硅氧烷1份溶于正己烷中，后加入交联剂正硅酸乙酯0.07份，混合搅拌2小时，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡0.05份，后补充加入正己烷至混合液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比浓度为3％，室温搅拌10小时，离心、脱泡制成制膜液。