[發明專利]外壓式中空纖維納濾膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200810059988.3
• 申請日: 2008-03-07
• 公開（公告）號: CN101524626A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 沈立強
• 申請（專利權）人: 浙江歐美環境工程有限公司
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及一種中空纖維納濾膜及其制備方法；尤其涉及一種以中空纖維微孔層為支撐層，以聚酰胺為分離層的外壓式中空纖維納濾復合膜及其制備方法。

背景技術

納濾膜性能介于反滲透和超濾膜之間。反滲透用于水凈化時，幾乎將水中的所有離子不加區分全部截留，納濾膜只除去水中的多價離子而讓大部分單價離子通過，保留了水中的部分鹽類，同時，納濾膜對于超濾膜不能除去的分子量為數百的小分子中性物質可以較好的去除。因此，相對反滲透及超濾技術，納濾膜技術在對飲用水的深度處理以生產優質飲用水，對廢水的深度處理以生產工業回用水等領域都得到了廣泛應用。

但是，常用的螺旋卷式納濾膜組件用于水處理時要求對進水進行嚴格的預處理，限制了其在水處理行業中的進一步廣泛應用。而如果能夠采用中空纖維結構形式的納濾膜組件，由于中空纖維膜對可以通過周期性的氣洗、反洗等操作清除膜表面在運行中積累的污染物，中空纖維納濾膜對原水的預處理要求將比較低，這能夠大大簡化納濾膜的預處理工藝，降低系統的復雜程度。

目前已知一種內壓式的中空纖維納濾膜組件，其對進水的預處理要求低，甚至可以采用反洗、氣洗等方式對膜組件進行定期清洗以維持膜性能，在飲用水及廢水的深度處理中具有廣闊的應用前景。但是，由于采用了內壓式操作，存在著組件有效膜面積小，組件容污能力弱，氣洗難于操作等問題。

目前已有技術中還有一種外壓式中空纖維納濾膜的制備，由于其采用的中空纖維膜為聚砜材質，膜的力學性能較差，在氣水沖洗及較高操作壓力下容易發生中空纖維膜的斷裂等問題。

日本專利申請JP02-2842制備了外壓及內壓式的中空纖維納濾膜。由于受膜材料強度及操作條件的限制，專利申請中傾向于使用內壓式的結構形式，但采用內壓式的中空纖維膜時，中空纖維膜相對卷式膜在結構形式上的優勢得不到發揮，限制了其應用。

美國專利US5,783,079報道了外壓式的中空纖維納濾膜。為了提高膜在較高操作壓力下的穩定性，采用的基膜外徑較小，因此，膜的力學性能較差，在操作運行中容易發生纖維膜的斷裂，更不適于在氣水沖洗的激烈操作條件下運行，不能發揮外壓式中空纖維膜的優勢。而且由于采用外徑較小的纖維結構，使得膜組件對進水的預處理要求反而更為嚴格，不便于工程應用。

另外，如前述專利所示，通常在納濾復合膜的制備中，采用疏水性聚合物作為基膜材料。這是因為疏水性聚合物通常具有較好的耐酸堿性能及較高的機械強度等優點。但是，由于納濾復合膜的分離層通常為親水性的聚酰胺，如何加強疏水性的基膜與親水性的聚酰胺分離層的結合強度也是一個重要的問題。尤其是作為中空纖維納濾膜，在使用中，可能會采用反洗及氣水沖洗等方式對納濾膜進行清洗，如何增強納濾膜分離層與基膜的結合，防止在反洗等操作條件下，外力對納濾膜完整性造成的破壞，也是一個需要解決的問題。

綜上所述，需要開發高性能的外壓式中空纖維納濾膜，以充分發揮中空纖維納濾膜相對于卷式納濾膜可周期性氣洗、反洗以維持膜性能，以及對進水預處理要求低、容污能力強的特點。

發明內容

本發明的目的是針對現有外壓式中空纖維納濾膜存在的力學強度較差的問題，提出一種制備高強度的外壓式中空纖維納濾復合膜及其制備方法，使用這種外壓式的中空纖維納濾膜，可對膜進行周期性氣洗、反洗以維持膜性能，同時，膜組件對原水的預處理要求低，膜的容污能力強。

具體的講，本發明提供一種以聚烯烴類中空纖維微孔基膜為支撐層(中空纖維基膜)，以聚乙烯醇類聚合物為過渡層，以由多元胺溶液與多元酰鹵溶液進行界面縮聚反應得到的聚酰胺皮層為納濾分離層的高強度外壓式中空纖維納濾復合膜。

根據本發明，所述的中空纖維基膜為納濾分離層提供支撐。其材質選自選自聚偏氟乙烯類、聚乙烯類、聚丙烯類等聚烯烴類聚合物，優選聚偏氟乙烯。

本發明中的聚偏氟乙烯指偏氟乙烯單體的均聚物或偏氟乙烯與其他乙烯類共聚單體的共聚物，其中偏氟乙烯在聚合物中的含量不少于50％。

聚烯烴類聚合物制備中空纖維基膜的工藝有溶液相轉化法、熱致相分離法及熔融拉伸法。以熱致相分離和熔融拉伸法制備的微孔基膜具有較高的拉伸強度及斷裂伸長率，特別適合作為基膜制備外壓式中空纖維納濾膜。

根據本發明，中空纖維微孔基膜應具有合適的內外徑。合適的外徑為0.9-2.0mm，內徑為0.4-1.4mm。同時，纖維的外徑/內徑應具有一定的比例，外徑為內徑的1.5-2.3倍。此時，中空纖維膜具有合適的抗壓強度及拉伸強度。