[发明专利]一种带螺旋加强筋的中空纤维膜制备方法及喷丝头

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜制备方法，具体涉及一种带螺旋加强筋的中空纤维膜制备方法及喷丝头。

背景技术

膜蒸馏技术(MD)是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的膜分离过程。MD技术以其分离纯化效率高、不污染环境、便于与其他净化处理过程耦合与集成等特点，在高盐度，高浓度污染物的工业废水，以及高价值金属、有机组分的回收利用方面展示出巨大的应用前景。

目前，科研人员在膜蒸馏用膜的制备、膜组件的优化设计、传质传热的机理及数学模型的建立等方面进行了详细深入的研究，取得了较大的进展。但MD技术目前并未得到真正推广应用，主要原因为：1）缺乏商业化的高通量、高强度及疏水膜；2）膜组件放大后由于组件沟流效应的存在，导致膜通量下降明显，组件的优化设计待加强。3）浓缩过程膜垢的存在、不可避免的膜润湿现象、疏水膜粘附现象及其在线膜清洗及膜性能修复导致MD过程的长期稳定运行成为一亟待解决的课题。三种影响MD技术进步的因素中，MD用膜的开发是关键，且三者相互关联。

同其他膜过程类似，膜的壁厚等结构参数对MD传质过程有重要的影响。为降低膜传质阻力、提高膜的疏水性与机械强度，研究者主要通过铸膜液配方、纺丝工艺参数的选择，从孔径分布、空隙率、壁厚/皮层的控制、单皮层结构调控等方面着手进行膜的优化。但膜壁厚降低与通量提高并不成正比。一方面，壁厚降低可降低膜的传质阻力，从而提高通量，但另一方面，膜壁厚降低，热传导加剧，造成高热损耗和低跨膜温差，进而导致膜通量下降。另外，为获得高通量而片面降低膜壁厚，极易造成膜成品率及膜丝机械强度下降，而且在实际运行过程中易造成瘪丝、断丝现象，严重影响膜使用寿命。为了提高膜的疏水性和膜强度，一些研究者通过凝胶过程控制、无机/聚合物颗粒（CaCO3、TiO2、PTFE等）的共混、膜功能化改性等方法和手段来实现。

为提高膜的传质效率，目前对于膜蒸馏组件的优化设计重点在于如何促进膜面附近紊流的产生，降低极化现象。这样的设计趋向，导引了膜组设计的开发方向往曲面式、螺旋式或缠绕式的构造发展，较多的研究者采用在组件流道内置折流板、螺旋器、格网等急湍构件来改变流态，提高膜表面流速，产生涡流。急湍构件的设计总体引发了许多复杂流体力学问题。在大型组件设计中不宜采用，而且因为构件的引入，造成压损变大，机械能损耗上升。

由此可见，膜蒸馏用膜的制备应该突破传统制膜思路，综合考量制膜工艺与膜蒸馏组件优化设计。既要提高中空纤维膜的强度，又要提高膜丝及组件通量，所纺中空纤维膜应该具备高强度、高通量、抗污性能，同时要适合膜蒸馏过程独特的清洗、干燥步骤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供带螺旋加强筋的中空纤维膜的制备方法及所使用的旋转喷丝头，克服了现有膜研制技术中为提高膜通量，通过降低膜壁的厚度，从而导致膜丝机械强度下降的问题，且在实际运行过程中薄壁膜丝易造成瘪丝、断丝现象，严重影响膜使用寿命的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种带加强筋的中空纤维膜制备方法，包括以下步骤，

步骤1：铸膜液制备，将15～25%（重量百分比）的聚合物、70～75%的溶剂、2～10%的成孔剂、0.1～0.5%的增韧改性剂混合，各组分之和为百分之百；混合液在30～70℃下充分搅拌，脱泡后，得到铸膜液；

步骤2：纺丝成膜，将步骤1制得的铸膜液通入喷丝头的铸膜液通道，铸膜液与所述铸膜液通道内中心管的内凝胶液同时挤出后注入外凝胶介质中固化成膜，其中，铸膜液与内凝胶液同时通过的喷丝头呈旋转状态，且铸膜液通道的圆形内壁上沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽；

步骤3：膜丝卷绕，从旋转的喷丝头出来的铸膜液在内部凝胶液与外部凝胶液的作用下形成初生态中空纤维膜，所述初生态中空纤维膜在膜丝卷绕机的牵引作用下使膜丝在外部凝胶液中停留一定时间，最后在卷绕机的绕丝轮上卷绕成束；其中，膜丝在外部凝胶液中停留4至10秒，可以使铸膜液充分发生分相作用；

后处理：将绕丝轮上中空纤维膜取下，在30～80℃水中进行浸泡淬火，消除膜丝应力。

其中喷丝头下模可以以0.2-1m/min速度恒速旋转，在绕丝轮的牵引下，形成螺旋状加强筋。