[发明专利]制备均孔中空纤维复合膜的方法

说明书

本发明提供一种具有均孔内表皮和多孔外部支撑膜的涂覆中空纤维膜，即，一种内‑外的均孔复合中空纤维膜，以及制备这种膜的方法。所述涂覆中空纤维膜通过以下方法制备，包括：提供具有被所述支撑膜包围的内腔的中空纤维支撑膜；通过首先使至少一种两亲嵌段共聚物在适当溶剂中的聚合物溶液通过所述中空纤维支撑膜的所述内腔并且沿着其内表面来涂覆所述中空纤维支撑膜的内表面，然后挤压芯气流通过涂覆中空纤维膜的内腔，然后使非溶剂(沉淀剂)通过所述涂覆中空纤维膜的所述内腔。为了彻底除去溶剂或溶剂，将所述膜在水中放置1至2天，并且在使用之前洗涤。为了保持支撑膜的孔隙率，有利的是在涂覆之前进行膜预处理，这减少嵌段共聚物溶液的渗透。所述膜可用于过滤组件，尤其是微滤组件、超滤组件、纳滤组件。

技术领域

本发明涉及涂覆中空纤维膜和制备这种膜的制备方法，所述涂覆中空纤维膜具有均孔内表皮和多孔外支撑膜，即，内-外的均孔复合中空纤维膜。

本发明还涉及根据本发明的涂覆中空纤维膜用于过滤的用途，例如，具体用于微滤、超滤、纳滤和/或反渗透，特别是用于超滤。

背景技术

膜分离广泛用于食品技术、生物技术和制药工业中用于流体，例如，气流或液流的机械分离。

使用具有中空纤维结构的分离膜的膜分离技术已经应用于水净化以及污水和废水处理。根据其制备所使用的材料，特别是可用于水处理的膜可以分为以下几类：聚合物膜、陶瓷膜和金属膜。这些膜用于微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。超滤膜允许小分子和离子渗透，但是去除高分子聚合物粒子或者细菌和病毒，并且可以根据用途的要求而变化。它们的孔径通常在0.01μm至0.1μm的范围内。具有这种特性的超滤膜具有广泛的应用范围，但是在工艺水或超纯水的预处理、重复使用、污水和废水处理以及水净化方面特别令人关注。在废水处理中，膜技术也变得越来越重要。在超滤或微滤的帮助下，可以去除粒子、胶体和大分子，使得可以用这种方式对废水消毒。

这些膜在上部具有多孔分离层，其中，孔的尺寸和尺寸分布(规则性)决定过滤选择性。

加拿大公开专利申请2,886,437 A1公开了一种制备具有均孔外表皮、多孔内表皮和海绵状内部结构的中空纤维聚合物膜的方法。CA 2,886,437 A1中描述的方法包括：提供至少一种两亲嵌段共聚物在适当溶剂中的聚合物溶液；挤压所述聚合物溶液通过喷丝头中的环形模头，同时将水性芯液从被环形模头包围的孔口挤压到空气中并且随后进入沉淀浴，来使纺丝液沉淀以形成中空纤维。在CA 2,886,437 A1中描述的方法制备了优异的具有均孔外表皮的中空纤维聚合物膜。

在分离的过程中，液流沿着中空纤维聚合物膜的外侧通过，并且从中空纤维聚合物膜的内侧收集渗透流。这种外-内(outside-in)分离不理想，原因众多，包括难以控制浓差极化和膜结垢。

因此，在许多情况下，理想的是相反的过滤方向。这是因为保护选择性表面、过滤过程中进料在内腔侧上的分布更好，并且容易处理和维护。例如，通过回洗或迅速通气来清洁具有均孔内表皮的膜将更加容易，从而与具有均孔外表皮的中空纤维聚合物膜相比，由细菌和其它污垢引起的整体结垢和堵塞会减少。

欧洲专利申请3,147,024 A1公开了一种中空纤维聚合物膜和制备它的新方法，所述中空纤维聚合物膜具有包括均孔内表皮和多孔外表皮的新结构。EP 3,147,024 A1中描述的方法包括：提供至少一种两亲嵌段共聚物在溶剂或溶剂混合物中的聚合物溶液；挤压所述聚合物溶液通过喷丝头中的第一环形模头，同时使芯气流通过被第一模头包围的至少一个孔口，并且将包含至少一种沉淀剂的鞘液从包围第一环形模头的第二模头挤压到空气中，并且随后进入水性沉淀浴中。使纺丝液在沉淀浴中沉淀以形成具有均孔内表皮和多孔外表皮的中空纤维聚合物膜。

在分离的过程中，液体流沿着中空纤维聚合物膜的内侧通过，并且渗透流从纤维的外侧去除，这更不复杂。