[发明专利]亲水性中空纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种亲水性中空纤维膜及其制备方法和应用，亲水性中空纤维膜包括由膜中心到膜表面的方向上依次排布的致密层、过渡层和大孔层，致密层含有第一气孔，过渡层含有第二气孔，大孔层含有的第三气孔，第二气孔的平均孔径大于第一气孔的平均孔径且小于第三气孔的平均孔径，中空纤维膜与水滴的初始接触角小于或等于65度，且在20秒以内接触角降为0度。本发明亲水性中空纤维膜能够实现热量的快速传递及蒸汽的快速渗透，同时具有优异的气密性。

技术领域

本发明涉及膜加湿技术领域，特别是涉及亲水性中空纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

采用中空纤维膜设计的膜加湿器在加湿领域的应用过程中，干燥的、较低温度的气体流经中空纤维膜的内腔，较高温的蒸汽流经中空纤维膜的外表面，此时，蒸汽需要将热量传递给中空纤维膜内腔的较低温气体，实现对较低温气体的加热，同时，蒸汽还需要通过中空纤维膜的孔道渗透到内腔，实现对干燥气体的加湿。因此，在中空纤维膜结构设计时，必须同时考虑热量的快速传递及蒸汽的快速渗透，同时还要防止中空纤维膜内腔中较低温气体的外泄。

但是，为了实现热量的快速传递和蒸汽的快速渗透，传统技术中需要提高中空纤维膜的亲水性和将中空纤维膜的膜壁做到非常薄，往往需达到100微米及以下，另外，还需要将中空纤维膜的孔道尽可能的做大，以降低传输交换阻力；然而，要防止中空纤维膜内腔中较低温气体的外泄，又需要将中空纤维膜做到足够的厚度和足够的致密，二者相互矛盾。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种亲水性中空纤维膜及其制备方法和应用；所述亲水性中空纤维膜能够实现热量的快速传递及蒸汽的快速渗透，同时具有优异的气密性。

一种亲水性中空纤维膜，包括由膜中心到膜表面的方向上依次排布的致密层、过渡层和大孔层，所述致密层含有第一气孔，所述过渡层含有第二气孔，所述大孔层含有的第三气孔，所述第二气孔的平均孔径大于所述第一气孔的平均孔径且小于所述第三气孔的平均孔径，所述中空纤维膜与水滴的初始接触角小于或等于65度，且在20秒以内接触角降为0度。

在一实施方式中，所述第一气孔的平均孔径小于或等于20nm；

及/或，所述第三气孔的平均孔径大于或等于100nm。

在一实施方式中，所述致密层的厚度小于或等于3μm，所述亲水性中空纤维膜的膜壁厚度为90μm-110μm。

在一实施方式中，所述过渡层的厚度为所述致密层的厚度的4倍-8倍，所述第二气孔的孔径由膜中心到膜表面的方向上逐渐增大，所述过渡层为连续海绵孔结构。

在一实施方式中，所述亲水性中空纤维膜的材料包括制膜聚合物、亲水聚合物以及增强聚合物，所述制膜聚合物包括聚醚砜或聚苯砜中的至少一种，所述亲水聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮，所述增强聚合物包括聚氨酯树脂。

本发明的亲水性中空纤维膜由膜中心到膜表面的方向上依次排布有致密层、过渡层和大孔层，且分布于致密层中的第一气孔的平均孔径最小，分布于大孔层的第三气孔的平均孔径最大，从而使得亲水性中空纤维膜具有优异的气流密封性，同时，最大限度的降低亲水性中空纤维膜对湿度和能量的传输交换阻力。

另外，本发明的亲水性中空纤维膜不仅具有较低的初始接触角，同时可快速实现水滴对亲水性中空纤维膜的浸润，有效提高了加湿过程中亲水性中空纤维膜内腔与外侧的湿度交换效率，并且，快速浸润可以实现凝水以封闭亲水性中空纤维膜的气孔，进一步提升亲水性中空纤维膜对于除蒸汽之外其他气体的抗渗漏性能。

一种如上述的亲水性中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

提供铸膜液，所述铸膜液包括制膜聚合物、亲水聚合物、第一亲水有机溶剂、结构调整剂和增强聚合物；

将所述铸膜液和内凝胶浴剂通过喷丝头挤出，进入外凝胶浴剂中进行相转化纺丝，得到亲水性中空纤维膜。