[发明专利]增强型中空纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及中空纤维膜制备领域，具体地，涉及一种增强型中空纤维膜及其制备方法和应用。该方法包括：在碱性溶液中，将纤维丝进行活化处理，得到活化的纤维丝；在改性溶液中，将所述活化的纤维丝浸渍上改性组合物，以得到改性的纤维丝；在金属盐溶液中，将所述改性的纤维丝与金属盐进行接触反应，得到表面具有纳米颗粒的纤维丝；将所述表面具有纳米颗粒的纤维丝与制膜液混合，将所得混合物进行编织，得到中空纤维编织管；将所述中空纤维编织管成型为增强型中空纤维膜。通过本发明的方法制得的增强型中空纤维膜具有较高的反洗膜破裂压力；并且，还能够兼具较高的水通量和较高的断裂强度，适用于膜生物反应器。

技术领域

本发明涉及中空纤维膜制备领域，具体地，涉及一种增强型中空纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济发展和人口增加，水资源匮乏的问题日益突出，因此对于废水回用的需求越来越高。膜分离技术自20世纪60年代起开始崛起，因其具有分离程度高、高效节能、环保安全以及可集成化等优点，迅速成为了应用最广泛的新一代分离技术，在食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子以及仿生等领域，都取得了巨大的经济效益和社会效益。

其中，膜生物反应器(MBR)具有出水品质高、结构稳定和操作简便等特征，被广泛应用于市政用水和工业废水的回用领域，是最有市场前景的废水处理技术之一。中空纤维膜因其具有更高的比表面积，成为膜生物反应器中膜组件的核心。但是，在实际工业应用环境，操作过程中常伴随曝气和膜丝反冲洗步骤，在高速气流和水流的冲刷下，单一膜丝强度不足以及污水池中缠绕物的影响，会导致组件的中空纤维膜膜丝断裂的发生，从而降低了产水品质，并降低了膜生物反应器中膜的使用寿命。因此，为了实现产水品质的稳定、以及膜生物反应器组件膜丝使用寿命的提高，需要将中空纤维膜的强度进一步提高。采用具有一定强度的亲水性纤维丝作为中空纤维膜的支撑材料，将中空纤维超滤膜的制备和支撑管的编织技术结合从而制备具有编织结构的中空纤维膜可以较好的解决现有内支撑编织管和膜分离层的复合，从而制备增强型中空纤维膜是最为常用的解决手段之一。

膜的分离层决定了增强型中空纤维膜的化学稳定性、通量、截留分子量和截留效率等，目前作为分离层的高分子材料一般包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)和聚砜(PSF)等。对于强增型中空纤维膜的膜丝强度，则主要取决于支撑材料的强度；而对于增强型中空纤维膜的使用寿命很大程度上取决于膜的分离层和支撑层的界面结合强度。界面结合强度高，膜丝的服役稳定性提高，反之，膜分离层在运行过程中会出现脱离等现象。

CN102512992A公开了一种覆膜中空纤维管的制备方法，该方法以纤维编织管作为增强材料，将增强体完全包覆在中空纤维膜内，即通过若干一浸一轧工艺串联的多浸多轧法将聚偏氟乙烯等铸膜液包覆到聚对苯二甲酸乙二酯纤维编织管内外壁，每次一浸一轧后均要进行圆管热定型，最后经过相转化得到增强型中空纤维膜。然而，该方法的纤维膜在凝固前需要较多的操作工艺步骤，会导致在生产过程中操作不便，前后浸轧的涂层相互干扰，降低生产效率。

CN10357303A公开了一种具有强界面结合的偏氟乙烯中空纤维复合微孔膜的制备方法，该方法采用含氟的硅氧烷偶联剂在玻璃纤维表面上处理，交联后形成过渡层，从而制备增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜。但是上述方法只适用于玻璃纤维表面，且过渡层交联后会形成光滑界面，分离层和过渡层之间的结合强度依然不尽如人意。

现有的增强型中空纤维膜的制备方法都着重于采用编织成的中空纤维编织管结合上复合层来形成中空纤维膜的方法，一方面制备工艺复杂；另一方面编织管(即支撑层)和分离层的包覆程度低且结合力较差，不能很好满足现有工业MBR工艺过程的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单有效且适应性更广的增强型中空纤维膜及其制备方法和应用。

作为本发明的第一类发明，如下：