[发明专利]热致相分离法制备的抗污染中空纤维蒸馏膜

说明书

本发明涉及一种采用热致相分离法制备抗污染中空纤维蒸馏膜的方法，该蒸馏膜以聚偏氟乙烯等疏水性聚合物为成膜材料，通过热致相分离和界面诱导富集相结合的方法，借助稀释剂的选择与界面诱导作用，调控PDMS链段在共混膜两相界面的分布，构筑PDMS自由链段修饰的新型高疏水‑反粘附抗污染蒸馏膜。本发明公开的抗污染中空纤维蒸馏膜，具有高水通量、高截留率、高抗污染和高稳定性的优点，并且制备工艺简单、适合大规模生产。本发明制备的抗污染蒸馏膜，可采用直接接触式膜蒸馏技术处理电镀废水、反渗透废水等复杂组成的高浓度含盐废水。

技术领域

本发明涉及膜技术领域，尤其涉及一种热致相分离法制备的抗污染中空纤维蒸馏膜。

背景技术

水资源短缺和水环境恶化是世界各国面临的重大难题，而膜法水处理技术是缓解这一问题的有效途径。作为新一代膜分离技术，膜蒸馏结合了低温蒸发和膜分离的优点，操作条件温和、分离效率高，且可利用太阳能、工业余热或废热等热源，有望成为环境治理和资源回用的高效廉价的分离方式。纵观国内外，膜蒸馏技术并未被大规模采用，究其原因是多方面的，其中膜污染问题尤为突出。低疏水性蒸馏膜与污染物间强的结合力，使膜孔易于堵塞和润湿，提高了操作能耗、降低了分离效率。

影响膜污染的因素包括进料液温度、流速和预处理等操作条件，以及污染膜的清洗等。作为膜蒸馏装置的核心组件，蒸馏膜的抗污染性能直接决定了膜蒸馏的效能。近年来抗污染蒸馏膜的研究工作，主要聚焦于多孔膜的超疏水改性和亲水-疏水复合膜的制备。比如张婧等(膜科学与技术,2014,34,24-28)通过表面喷涂纳米粒子的方法，使改性膜接触角达156°，制备的超疏水膜表面与料液间的气体阻隔，使污染物不易直接吸附于膜表面，改善了蒸馏膜的抗污染性能，特别是抗无机污染性能。基于亲水层的亲水疏油性能，CN107020017A公开了一种亲水-疏水复合膜，通过在疏水膜表面构筑亲水薄层，制备亲水-疏水复合膜，有效改善了蒸馏膜抗污染性能，特别是抗有机污染性能。然而，需要指出的是，污染物种类繁多，既有无机和有机的污染，亦有细菌等微生物的污染，亲水/疏水等单一抗污机理对蒸馏膜综合抗污能力的提升，指导意义有限。

目前尚无特定商用蒸馏膜，如何简单、高效调控膜结构和性能，开发低价、高效抗污染蒸馏膜，非常值得关注。现阶段，抗污染蒸馏膜的制备主要通过表面改性(如表面涂覆、表面接枝)和共混改性等手段实现，比如DeyinHou等(Journal of Membrane Science,2018,546,179-187)采用静电纺丝技术在疏水基膜上沉积亲水性醋酸纤维素纳米纤维，制备的抗油污染复合蒸馏膜。表面改性工艺较繁琐，且部分堵塞膜孔；共混改性法虽能够同步实现膜制备和膜改性，被认为是最简单实用的方法，然而共混物多数被包埋，改性效率低。

总之，现有技术中，抗污染蒸馏膜的抗污染机理单一、制备工序繁琐低效，蒸馏膜的抗污染广谱性和制备便利性有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种热致相分离法制备的抗污染中空纤维蒸馏膜，本发明的蒸馏膜具有高水通量、高截留率、高抗污染和高稳定性的优点，并且制备工艺简单、适合大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个目的是提供一种热致相分离法制备抗污染中空纤维蒸馏膜的方法，包括以下步骤：

(1)将成膜材料、至少一种PDMS(聚二甲基硅氧烷)接枝共聚物和稀释剂在150～180℃下混匀，搅拌3～6h，形成均一的溶液；其中，所述PDMS接枝共聚物包括疏水主链和PDMS接枝链段；所述稀释剂在20-200℃下与PDMS接枝共聚物中的PDMS链段具有相容性，且与成膜材料和PDMS接枝共聚物在高温(120-200℃)下相容，在低温(20-80℃)下分相；

(2)将所述溶液和形成纤维内部空腔的成腔流体通过纺丝组件的环形口模，形成中空的初生纤维；所述成腔流体为10～50℃水或氮气，氮气的压力为30～50毫米水柱；