[发明专利]一种中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜及其制备方法，本发明属于膜技术领域。

背景技术

中空纤维膜外形如纤维状，具有自支撑作用的膜。它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表面(如反渗透膜)，也可位于纤维的内表面(如微滤膜，纳滤膜和超滤膜)。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。中空纤维膜的分离原理是：膜壁微孔密布，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液，而大分子溶质被膜截留，达到物质分离及浓缩的目的。膜分离过程为动态过滤过程，大分子溶质被膜壁阻隔，随浓缩液流出，膜不易被堵塞，可连续长期使用。过滤过程可在常温、低压下运行，无相态变化，高效节能。中空纤维膜分离效率高、无相变、节能环保、操作简便等特点，已广泛应用于饮用水处理和废水处理等领域，包括石油、化工、纺织、食品加工、造纸、医药、机械加工等行业的废水处理，膜技术既能对废水进行有效的净化，且一般不用再添加其他的化学药剂，又能回收有用物质，其在水处理领域中的广泛应用正给人类带来了巨大的环境和经济效益。

中空纤维膜在各个领域得到了广泛的应用，如何制备性能优良的中空纤维膜也就成了人们关注的热点。吕晓龙(中国专利：200810154168)发明一种中空纤维膜的制备方法，纺丝液至少由成膜聚合物、溶剂和潜溶剂组成，其中聚合物含量为25-50wt％，挤出温度介于100和200℃之间，纺丝液中聚合物含量高于溶液相转移法，纺丝温度介于溶液相转移法和热致相分离法之间，从而得到中空纤维膜，从其断面结构看为双层结构，表皮层结构由溶液相转移法获得，相对较为致密，孔径较小，支撑体结构由热致相分离法形成，孔径较大，为海绵体结构，机械强度较大。徐又一等(中国专利：200410067007.1)发明一种熔纺一拉伸法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜，在制备膜的过程中不需要添加溶剂和添加剂，同时制备出来的聚偏氟乙烯中空纤维膜具有断裂强度大，断裂伸长率高等特点。邱运仁(中国专利：200810030912.8)发明一种制备聚乙烯醇缩丁醛中空纤维膜的方法，把成膜物质加入到一定量的稀释剂中，加热到一定温度以使聚合物溶解并形成均匀的溶液，静置脱泡后在一定压力下经过高温喷丝头挤出或通过螺杆泵挤出，进入凝结浴，洗涤浴后，通过卷丝机把中空纤维膜缠绕于卷丝筒，该发明制备制备的聚乙烯醇缩丁醛膜既具有较好的亲水性，同时也具有较好的机械强度。吴特殊(中国专利：200910112298.4)发明公开了一种复合中空纤维膜的制备方法，其采用溶液相转移中空纤维纺丝工艺，将聚氯乙烯或其共聚物、溶剂、成孔剂制成复合中空纤维膜的基膜纺丝液，将聚偏氟乙烯或其共聚物或二者的混合物、溶剂、成孔剂制成复合中空纤维膜的复合层纺丝液，将上述两种纺丝液通过中空纤维纺丝机的喷丝头和在喷丝头中心管孔内的芯液同时挤出，然后进入外凝固浴中，上述制得的两种纺丝液中的溶剂和成孔剂进入凝固液相，而作为复合层和基膜材料的聚合物由于相转移而沉析成聚合物中空纤维膜，制出复合中空纤维多孔膜。

上述制备中空纤维膜的方法通常设备复杂，投资大，工艺繁琐而且流程长，如需要螺杆挤出机将聚合物熔融或复杂喷丝组件；制备过程中需要加入大量致孔剂等添加剂，导致所得到的中空纤维膜力学性能差，生产成本高，资源浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是设计一种中空纤维膜，其特征是内部海绵孔结构，甚至充满整个内腔，膜具有很高的耐压性能，断裂强度也远高于常规湿法膜丝。本发明拟解决的另一个技术问题是设计一种制备中空纤维膜的制备方法，该制备方法采用溶液纺丝，但不需复杂的喷丝组件，只需简单的单轴管道或针头，同时制备过程中只需要加入少量添加剂即可，具有设备简单、工艺流程短和成本低的特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：设计一种中空纤维膜，其特征在于该中空纤维膜的成膜体系质量百分比配方是：聚合物12-30；有机溶剂70-88；添加剂0-10，各组分之和为100％。其中聚合物为常见成膜聚合物，包括聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈；有机溶剂为所述聚合物的良溶剂并能与水互溶，包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮的一种或两种以上任意比例的混合物；添加剂为可以与水或水溶液反应生成气体的物质，包括碳酸氢盐、硼氢化物、过氧化钠、电石的一种或两种以上任意比例的混合物