[發明專利]一種高強度高通量的中空纖維膜制備方法及其添加劑

有效

• 申請號: 200910060164.2
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101623604A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 陳文清;周麗蓉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D69/08
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所
• 代理人: 譚新民;梁 田

技術領域

本發明涉及一種高強度高通量的中空纖維膜制備方法及其添加 劑。

背景技術

隨著社會經濟的發展和人口的增長，水資源短缺作為一個全球化 的問題，已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素，也因此迫切需 要發展各種新型、高效的廢水深度處理及回用技術。膜分離技術因其 具有分離效率高、設備簡單、操作方便和無二次污染等優點，是解決 當代能源、資源和環境問題的重要高新技術，并將對21世紀的工業 技術改造起著深遠的影響。最早研制出的膜式醋酸纖維素和硝酸纖維 素的混合膜，之后相繼開發出聚酰胺類、芳香雜環類、聚砜類、聚烯 烴類、硅橡膠類等材質的膜。隨著膜技術的廣泛應用，對膜材料的品 種和性能提出了新的要求，現有膜材料已經遠遠不能滿足使用要求。 通過對現有膜材料的紡絲原液添加一定成分的添加劑，可以把多種材 料的優點結合起來，是擴大膜材料行之有效的方法。

相轉化法制膜對制膜液組成依賴程度大，其中由非溶劑添加劑構 成的鑄膜液多元體系對微孔膜的結構和性能有決定性的影響，研究和 開發性能優異的鑄膜液添加劑是生產高質量的微濾膜的關鍵。常用的 添加劑，無論是無機添加劑(如氯化鋰、高氯酸鎂、高氯酸鋰)，還 是小分子有機物(如甘油、二甘醇、乙醇、草酸等)與高分子溶液的 相容性較差，加入到制膜液中會導致高聚物分子鏈段發生強烈卷曲收 縮，形成相互獨立的微相分離，制得的微孔膜強度較差，而且導致鑄 膜液體系不穩定，甚至自動產生沉淀相分離，給鑄膜液的保存與使用 帶來諸多不便。日本特公昭62-017614中，記載了混合聚偏氟乙烯、 高分子成孔劑聚乙二醇、表面活性劑土溫80，然后相轉化成膜的方 法。該方法所獲得的產品破裂強度不足，純水的透過速度慢，無法滿 足要求。而美國專利No.5514461試圖通過在聚偏氟乙烯溶液中加入 三氯化乙烯、乙烯等共聚單體得到性能較好的膜材料。由于其添加劑 是通過物理共混添加的，所以膜的水通量隨著添加劑的流失而下降， 通常五個月后下降到原來的10％-30％。日本特公昭3-71168中記載了 加入7.2wt％的聚乙二醇為添加劑的制膜方法，但仍未獲得高透過通 量的膜。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高強度高通量的中空纖 維膜制備方法及其添加劑。通過調節中空纖維膜制膜液配方，尤其是 調節添加劑的量，來改善膜體材料的結構和性能，提高中空纖維膜的 強度，增加膜的通量，從而提高膜的穩定性和使用壽命，擴大膜的使 用范圍。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種用于制備中空 纖維膜的添加劑，所述添加劑由熱塑型聚胺酯、聚乙二醇、十二烷基 磺酸鈉構成，其質量百分比為3∶6∶1；或由氟橡膠、氯化鋰構成， 其質量百分比為9∶1。

一種高強度高通量的中空纖維膜制備方法，包括下述步驟：(1) 向制膜原料內加入溶劑使之溶解，攪拌，再加入權利要求1所述的用 于制備中空纖維膜的添加劑，攪拌，配制成制膜液，所述制膜原料為 聚合物聚砜類、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯，醋酸纖維素、聚 丙烯中的一種；(2)將步驟(1)制得的制膜液通過計量泵將制膜液 擠入噴絲頭，通過計量泵將芯液定量擠入噴絲頭的內針；通過噴絲頭 紡絲，在牽引輪的作用下，紡絲依次通過凝固浴冷卻凝固和拉伸槽的 后處理，得到中空纖維膜；或將步驟(1)制得的制膜液采用干-濕紡 絲法工藝制備中空纖維膜，該方法制備的高通量高強度中空纖維膜的 斷裂強度為2.0～3.5MPa，在25℃.0.1MPa時的純水通量為800～ 1800L/m².h，孔隙率為75～90％，膜的平均孔徑為0.1μm～10nm。

所述溶劑為二甲基乙酰胺。

所述芯液為二甲基甲酰胺與水，溫度為4～80度。

所述凝固浴為二甲基甲酰胺水，溫度為4～70度。

所述制膜液中制膜原料的質量份數為16～25份，添加劑的質量 份數為5～10份，溶劑的質量份數為60～70份。

其中，采用干-濕紡絲法工藝制備中空纖維膜的具體步驟為：將 溶液在100～150度下溶解，干紡程為4～15厘米，制膜液擠出體積 流速為16ml/min，紡絲液溫度為50～120度。其中喂料齒輪泵 10.9hz，蠕動泵3.5hz。