[发明专利]异形中空纤维超滤膜的制备方法、异形PVDF中空纤维超滤膜及其应用

说明书

本发明提供一种异形中空纤维超滤膜的制备方法，通过第一计量泵使铸膜液形成不均匀出料，从而使铸膜液进入喷丝头时形成不均匀进料，以此使初步成型的异形中空纤维超滤膜的外表面呈凹凸形状，芯液通过第二计量泵形成均匀出料，从而使芯液进入喷丝头时形成均匀进料，以此使初步成型的异形中空纤维超滤膜的内表面呈直线形状。本发明还提供一种异形PVDF中空纤维超滤膜及应用。本发明的制备方法可稳定控制膜的外径及内径的尺寸和形状，且保证了膜形状的周期稳定性，可重复性强，从而保证了膜的长期稳定使用，且操作简单、性能稳定、实用性强。

技术领域

本发明涉及煤化工污水处理技术领域，具体而言涉及一种异形中空纤维超滤膜的制备方法、异形PVDF中空纤维超滤膜及其应用。

背景技术

超滤膜由于其优越的分离性能目前已经在煤化工污水处理项目中广泛应用，普遍应用于反渗透膜(RO)的预处理，以及在化工、电子、制药、生活饮用水、污水排放领域以及食品工业中大量使用。超滤膜在过滤过程中通常可采用错流过滤或者全流过滤，但是不管采取何种方式，随着过滤时间的增加，都会出现膜污堵，压差上升或产水量降低等现象。在实际使用中膜污染过程如下：首先，超滤膜过滤期初，大分子胶体物质在溶剂中不断吸附在膜的表面，使得膜表面的溶质浓度高于主体溶液的浓度而形成浓差极化。其次，随着溶质分子不断在膜表面吸附累积，边界层的浓度逐渐增加，当其浓度达到饱和浓度时形成凝胶层。最后，小于膜过滤孔径的溶质分子在压力作用下进入膜孔内形成污堵，由此造成的膜开孔数量逐渐下降，当膜的分离特性被严重降低时，无法达到产水量要求时，必须经过化学清洗才能使膜性能得到恢复。

目前市场上的中空纤维超滤膜表面均为光滑直线形状，超滤膜外径相同，因此在运行过滤过程中，膜丝几乎处于静止状态，在液体流动带动下，中空纤维超滤膜略有晃动，幅度很小，无法将膜表面污染物抖掉，随着时间增加，污堵程度越来越重。当对膜进行清洗时，物理清洗主要是靠空气、水与膜丝表面发生剪切，冲刷作用，这只能够去除膜表面的部分污堵物，很难去除膜孔道内的污堵物，但物理过程对膜本身性能破坏性不大；而化学清洗通常采用酸、碱、氧化剂等化学药剂对中空纤维超滤膜进行浸泡，去除膜丝内部污堵物，虽然采用化学清洗方法可以使得超滤膜性能暂时恢复，但是同时会对中空纤维超滤膜本身性能造成不可逆的破坏性，每化学清洗一次，中空纤维超滤膜的性能则下降一次，直到性能丧失到无法满足使用要求而报废。

公开号为CN102309929A的中国专利文献公开了一种异径中空纤维膜及其制备方法，沿长度方向上，中空纤维膜的内、外径周期性变化。在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，优选1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，优选1.2∶1～1∶1.2；粗径的长度为1～10mm，优选2～5mm。该纤维膜是通过周期性挤压芯液软管，同时得到不均匀的膜内径和不均匀的膜外径，但由于铸膜液是具有高粘度，其表面张力较大，弹性较大，仅通过芯液控制内径的前提下，难以控制其外径尺寸以及外部形状，同时也无法稳定控制膜的形状，无法保证膜形状的周期稳定性，可重复性差，从而影响膜的使用效果，不利于工业化生产；另外，当内径中的液体流速较低时，不均匀的内径使液体处于紊流状态，难以形成脉冲式流动效果，且在该膜内，由于内径不均匀，在产水和反洗过程中，内径最细处成了流动瓶颈，液体流动阻力会明显增加，而该种结构也使膜丝壁厚不易控制，若太薄则降低机械强度，若太厚则影响膜性能，从而在实际应用过程中，无法保证设备产能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种异形中空纤维超滤膜的制备方法，该制备方法可稳定控制膜的外径及内径的尺寸和形状，且保证了膜形状的周期稳定性，可重复性强，从而保证了膜的稳定使用，且操作简单、稳定、实用性强。

根据本发明目的的第一方面，提供一种异形中空纤维超滤膜的制备方法，具体包括以下步骤：

将适量的有机溶剂、聚偏氯乙烯树脂、聚合物成孔剂、单层氧化石墨烯溶液、添加剂依次加入到反应釜中，在反应釜中的温度为50℃-85℃，50rpm-200rpm条件下搅拌12h-36h，真空脱泡12h-24h，制得铸膜液；