[发明专利]具有双微孔结构的亲水聚合物复合中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有双微孔结构的亲水聚合物复合中空纤维膜及其制备方法,其组分包括：聚合物基体、相容剂和亲水填料，该亲水聚合物复合中空纤维膜的双微孔结构是指由片晶分离得到的小微孔与两相界面分离得到的大微孔形成的两种不同等级且独立孔径分布的特殊孔结构，其中大微孔结构起到提高膜孔隙率的作用，小微孔结构起到截留作用。以解决现有工艺中，水通量与截留性能不能同时提高，且目前调节制膜工艺制备的聚合物中空纤维膜孔隙率普遍在40％～60％之间，仍然较低，水通量提高也不明显的问题。本发明属于分离膜材料技术领域。

技术领域

本发明属于分离膜材料技术领域，具体涉及一种具有双微孔结构的亲水聚合物复合中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术是以高分子功能膜为代表，并是在近几十年来发展起来的一门新兴多学科交叉的高新型技术，具有操作简便、设备简单、绿色环保等优点而被广泛的应用于石油化工、电子电力、食品加工、污水处理、海水淡化、生物医药等领域。聚合物中空纤维膜因耐腐蚀、单位膜面积大、分离效率高等优点在水处理领域中的许多方向扮演着重要的角色，如饮用水处理、海水淡化以及废水处理再利用等。目前膜生物反应器(MBR)是广泛用于城市污水处理的技术，该反应器要求聚合物中空纤维基膜具有高的孔隙率、高的纯水通量、高力学性能以及亲水性。但聚合物中空纤维膜普遍存在低孔隙率、低通量、低强度或疏水性的一个或多个缺点，因此开发出一种高孔隙率、高通量、高截留以及高强度的聚合物中空纤维膜对拓展其在水处理领域的应用具有实际意义。

聚合物中空纤维膜的制备工艺主要有热致相分离法、非溶剂致相分离法以及熔纺-拉伸法三种。其中热致相分离法、非溶剂致相分离法制备聚合物中空纤维膜需要使用大量溶剂(约占成膜体系的70％左右)，还需要对溶剂体系进行回收、分离及循环使用，很容易造成环境污染并恶化劳动条件，同时最重要的是制备的聚合物中空纤维膜的力学性能较差，不利于在实际应用。而熔纺-拉伸法制备聚合物中空纤维膜基本上属于熔融聚合物本体挤出，不需溶剂及其回收过程，工艺简单，生产效率高，易工业规模化生产，所得中空纤维膜的力学性能好。因此采用熔纺-拉伸法制备聚合物中空纤维膜更符合现在对绿色环保、高效的需求。但熔纺-拉伸法仅适用于如聚丙烯、聚乙烯及聚(4-甲基-1-戊烯)等半结晶聚合物。同时聚合物中空纤维膜仍存在两个较为严重的不足：孔隙率低和亲水性差。孔隙率低是由于片晶的堆叠使膜孔贯通性变差；亲水性差是由于适用于熔纺-拉伸法的半结晶性聚合物通常为疏水性材料，所以制备的聚合物中空纤维膜亲水性较差。这两个不足会导致膜水通量降低及抗污染性能降低，这会大大限制聚合物中空纤维膜在水处理领域的扩大使用。

目前通过熔纺-拉伸法制备高孔隙率聚合物中空纤维膜可通过调节制备工艺来提高，如纺丝工艺、热处工艺及拉伸工艺。其中主要是通过调节拉伸比例可以有效地提高膜孔隙率与贯通性，但伴随而来是膜孔径降低，这会降低膜截留性能。通常情况下水通量与截留性能不能同时提高。此外，目前调节制膜工艺制备的聚合物中空纤维膜孔隙率普遍在40％～60％之间，仍然较低，水通量提高也不明显。因此亟待需要一种新型膜结构，该结构既能提高膜孔隙率也能让膜具有较好的截留能力。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有双微孔结构的亲水聚合物复合中空纤维膜及其制备方法,以解决现有工艺中，水通量与截留性能不能同时提高，且目前调节制膜工艺制备的聚合物中空纤维膜孔隙率普遍在40％～60％之间，仍然较低，水通量提高也不明显的问题。

双微孔结构是指在材料中存在两种不同等级且独立孔径分布的特殊孔结构，两种不同等级的孔结构分别具有不同的作用，设想一下如果能够在聚合物中空纤维膜中构建出这样的双微孔结构，其中大微孔结构起到提高膜孔隙率的作用，小微孔结构起到截留作用。这样既可以有效地提高膜水通量，又能使膜具有较好的截留能力，目前关于在聚合物中空纤维膜中构建双微孔结构的技术还未见报道。

本发明是通过如下技术方案实现的：