[发明专利]一种抗结垢褶皱膜蒸馏用纤维蒸馏膜的制备方法

说明书

一种抗结垢褶皱膜蒸馏用纤维蒸馏膜的制备方法。该制备方法是通过先后采用静电纺丝和静电喷雾制备具有双层结构的蒸馏纤维膜，其中上层为具有串珠结构的超疏水层，下层为纤维结构的基底层。经过加热后，膜由于上下两层的收缩程度不同会自发形成自褶皱表面。具有自褶皱表面的蒸馏纤维膜在膜蒸馏过程中在水力冲击下能舒展开形成凹凸面，该凹凸面能通过自身的振动缓解浓差极化和温差极化并使附着在表面的晶体脱落，从而达到减缓膜结垢的目的。该方法具有相较于传统的抗结垢方法具有不需要额外添加试剂或工艺，具有节约成本、节能和操作简单的优点。

技术领域

本发明属于高分子膜制备领域，具体涉及一种通过静电纺丝(喷雾)制备膜蒸馏用自褶皱蒸馏纤维膜的技术。

背景技术

膜蒸馏是一种能利用低品质的热能(如工厂废热等)实现高水回收率的技术。其原理是以膜两侧温差所形成的蒸汽压为传质动力，水在热侧膜表面气化形成蒸汽通过膜进入冷侧冷凝富集。然而，膜结垢是制约膜蒸馏应用于高盐废水的处理的主要挑战之一。膜结垢是指在原料液中的晶体附着在膜表面从而堵塞膜孔甚至进入膜基底，导致膜通量的下降与盐的渗透。针对膜结垢的解决方法有使用阻垢剂、原水预处理和优化过程参数(如流速、水温、pH等)。目前工业上最常用的方法是向原水中添加阻垢剂来抑制晶体在膜表面增长或成核从而达到缓解结垢的目的。早在1985年，Amjad就阐述了高分子电解质能有效延长硫酸钙结垢的周期，其中的机理为高分子电解质能进入硫酸钙晶体形成的过程中，使结晶的活性位点失活导致晶体无法形成，2mg/L的高分子电解质就能将结垢的周期时间从0min延长至1200min以上。但是使用阻垢剂会增加处理成本并且容易导致膜污染。原水预处理是指预先把原水中容易导致结垢的盐提前脱除，其中传统的脱除技术为化学软化和离子交换。化学软化是向原水中加入碳酸盐使水中的钙、镁离子形成碳酸盐沉淀，去除水中绝大部分的钙镁离子；离子交换是将氢型或钠型阳离子交换树脂放入水中，水中的钙镁离子被氢或钠交换脱除。原水预处理虽然能去除大量的易形成盐垢的钙镁离子，但是整体工艺的成本也会大大增加。优化过程参数包括调节原水pH、进料液倒流、流速等，其中pH能影响原水中盐的溶解度从而控制结垢的发生，如酸性条件下能抑制碳酸钙盐垢的形成；周期性地转换进料液的进料口和溜出液的排出口能减缓结垢的发生；增大流速能减小浓差极化的影响从而减缓表面结晶的形成。但Zechun Xiao指出单纯通过调控过程参数很难使得膜结垢有明显的改善，相反还会增加工艺的复杂性。所以如何在不增加工艺复杂性和成本的前提下实现缓解膜结垢是当前所需要克服的一个技术难题。

发明内容

本发明为了解决当前抑制膜结垢技术上无法兼顾节能、节约成本和有效性的不足，提供一种抗结垢褶皱膜蒸馏用纤维蒸馏膜的制备方法，是一种能通过膜面自清洗来减缓结垢的制膜和膜处理的技术。

为实现以上方案，本发明采用了如下的步骤：

一种抗结垢褶皱膜蒸馏用纤维蒸馏膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：制备基膜铸膜液：将聚合物和疏水性添加剂加入溶剂中，在80℃的条件下水浴加热搅拌2h得到基膜铸膜液；

步骤二：制备超疏水层铸膜液：将聚合物和疏水性添加剂加入溶剂中，在80℃下水浴加热搅拌2h得到超疏水层铸膜液；

步骤三：制备超疏水双层膜：通过静电纺丝制备基膜，推注距离为25mm，再通过静电喷雾在基膜的基础上喷制超疏水层，最终得到具有超疏水层的双层膜；

步骤四：热处理：上述所得双层膜的厚度为60-70um，剪取大小约为7cm×7cm的双层膜放入烘箱中于130℃的条件下加热1h，即得到表面具有褶皱的纤维蒸馏膜。

进一步地，步骤一和二中，所述溶剂、聚合物和疏水性添加剂的质量比为17：3：0.45。

进一步地，步骤一中，所述基膜铸膜液的聚合物为聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)，疏水剂为官能化氟化多面体低聚倍半硅氧烷(F-POSS)，溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮。