[发明专利]一种拉伸-热处理改性中空纤维聚合物膜的方法

说明书

本发明提供了一种拉伸‑热处理改性中空纤维聚合物膜的方法。该方法包括如下步骤：a、制备中空纤维聚合物膜；b、将中空纤维聚合物膜沿膜丝长度方向上拉伸，并固定到不锈钢支架上；c、将拉伸后的中空纤维聚合物膜连同不锈钢支架一起浸泡在填充介质中；d、对浸泡后的中空纤维聚合物膜进行加热处理；e、使加热处理后的中空纤维聚合物膜在室温下干燥，即得改性中空纤维聚合物膜。本发明通过拉伸、膜孔填充、热处理三个后处理工艺，制备得到了高性能的中空纤维聚合物膜。该方法不仅工艺简单、对环境无污染、易于操作，而且不需要苛刻的处理条件，成本低廉，是制备高性能中空纤维聚合物膜的一种有效方法。

技术领域

本发明涉及中空纤维膜制备技术领域，具体地说是一种拉伸-热处理改性中空纤维聚合物膜的方法。

背景技术

膜分离技术被认为是实现污水资源化、保障饮用水安全最有效的技术手段。而中空纤维聚合物膜组件具有单位体积膜装填密度高、过滤面积大、占地小、成本相对低等优势，成为分离膜领域中发展最快、规模最大、产值最高的膜产品。

目前，中空纤维聚合物膜的主要制备方法有非溶剂致相分离(NIPS)法、蒸汽诱导相分离(VIPS)法和热致相分离(TIPS)法，或者是上述几种方法的结合。以NIPS法为主制备中空纤维聚合物膜的过程主要有以下步骤：(1)配膜液，在设定温度下将高分子聚合物和添加剂溶解到溶剂中并形成均相制膜液；(2)成膜，将制膜液从喷丝头挤出，形成中空纤维的形状，之后进入凝胶浴，通过溶剂与非溶剂的双向扩散或制膜液温度的降低实现相分离，形成的膜结构受相分离过程中动力学和热力学因素的影响；(3)后处理，刚形成的中空纤维膜反复浸泡、清洗去除膜中残留的添加剂和溶剂，随后将膜丝浸泡在甘油或甘油与水的混合溶液8～24小时，最后取出晾干。开发高性能的中空纤维膜是膜技术工作者一直追求的目标。科研人员主要是通过优化制膜液的配方和成膜的工艺条件来提高膜性能。后处理的重要性并没有引起足够的重视。然而，不恰当的后处理严重影响中空纤维聚合膜的性能。例如，中空纤维膜在干燥过程中会发生严重的结构变形。这是由于聚合物分子在成膜过程中没有得到充分的松弛即被冻结，在后期的干燥或使用过程中会收缩。有研究表明，自支撑聚合物膜在干燥后膜孔径的收缩率高达46％。这也是膜丝在干燥前要用甘油溶液浸泡的重要原因。因此，开发一种合适的中空纤维聚合物膜后处理方法十分必要。

此外，膜结构稳定是膜性能稳定的基础。一般的中空纤维聚合物膜初期通量衰减较快，并且随着膜丝存放时间的延长，水通量也会衰减，这是由于膜结构不稳定所致。特别是用于膜蒸馏(MD)的中空纤维膜，膜结构变形会减小膜的LEP_w值，导致MD过程中膜孔处的汽液界面失稳，发生膜润湿，盐容易侵入膜孔，膜的截留能力下降。这是因为料液流动产生的水力扰动会不断冲击膜的表面，膜孔的大小或形状会变形。因此，提高聚合物膜结构的稳定性，保证膜的透过选择性能稳定是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种拉伸-热处理改性中空纤维聚合物膜的方法，通过该方法可提高中空纤维聚合物膜的结构稳定性，提高膜表面孔隙率，增加膜的机械强度，保证膜的透过性和稳定性同步提升。

本发明是这样实现的：一种拉伸-热处理改性中空纤维聚合物膜的方法，包括如下步骤：

a、制备中空纤维聚合物膜；

b、将步骤a制得的中空纤维聚合物膜沿膜丝长度方向上拉伸，并固定到不锈钢支架上；

c、将步骤b中中空纤维聚合物膜连同不锈钢支架一起浸泡在填充介质中，浸泡4～24小时；

d、对步骤c中浸泡后的中空纤维聚合物膜进行加热处理，加热温度为90～160℃，时间为1～3小时；优选加热温度为120℃～130℃，加热时间为1小时；

e、使步骤d中加热处理后的中空纤维聚合物膜在室温下干燥，即得改性中空纤维聚合物膜。