[發明專利]一種三組分五孔中空纖維膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201010101317.6
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101773794A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 奚旦立;李運清;陳季華;馬春燕;王軍;管榮輝
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;B01D69/08;B01D71/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬中空纖維膜及其制備方法領域，特別是涉及一種三組分五孔中空纖維膜及其制備方法。

背景技術

最近30年，膜分離技術作為一項新型的高分離、濃縮、提純及凈化技術得到了廣泛應用，它已成為解決當代能源、資源和環境污染問題的重要高新技術以及可持續發展的基礎。從技術發展的角度看，膜技術在21世紀將進入全面發展時期，將成為21世紀新型十大高科技之一和六大主導未來工業的新技術之一。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一種優良的制膜材料，但其極強的疏水性限制了它在廢水處理等方面的應用，為了開發能適合處理工業廢水等方面應用的膜，人們采取多種措施對其進行改性。共混改性是聚偏氟乙烯(PVDF)膜改性的重要方法之一。國內外已經報導的PVDF共混物已經有十幾種之多，其中聚氯乙烯(PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是應用較多的兩種。PVC來源豐富，價格低廉，作為膜材料可以降低膜的成本，并且聚氯乙烯均聚物能耐酸堿，抗老化等，在膜材料中極具商品競爭力。然而，由于PVC材料的親水性較差，且PVC凝膠膜容易自發起皺，韌性差，成膜性能不甚理想，阻礙了其工業化。PMMA具有熱可塑性，質輕而強韌，強韌性與無機強化玻璃相當，耐化學藥品性能好，耐候性優良，長期暴露使用，物理化學性能幾乎不下降。它不僅質地優異，價格又比較適宜，將它們共混制備適合工業化應用的膜，得到了許多人的研究并取得了很大進展。

中空纖維膜是膜的一種重要形式，具有裝填密度高、比表面積大和組件結構簡單等優點，但它仍然存在著水通量較小，截留率較低和機械性能不理想等諸多不足，尤其是機械性能不理想影響了其在生產中的廣泛應用，因為在生產過程中，膜要被高壓水流反復沖擊，在膜的清洗過程中也要經受大流量水流、氣流的沖擊擾動，此時單中孔等膜極易發生斷裂破損，既降低生產過程中的處理效果，又增加生產成本，同時作為水處理過程中的重要預處理方法，中空纖維膜發生斷裂和破壞也會給后續單元操作產生不利影響。

但是，以前的研究多數是將PVDF與PVC或PMMA兩兩共混，制備的也只是只有一個中孔的膜，仍然存在著許多不足之處，而迄今為止，尚未見關于具有五孔結構的中空纖維膜的相關文獻報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三組分五孔中空纖維膜及其制備方法，該五孔膜具有水通量大，截留率高，機械性能優良等優點；且制備工藝簡單，能耗和操作費用低，原料來源方便，對環境友好，適合工業化生產。

本發明的一種三組分五孔中空纖維膜，其組分包括：60wt％～80wt％聚偏氟乙烯、10wt％～30wt％聚甲基丙烯酸甲酯和10wt％～30wt％聚氯乙烯；

該膜斷面有5個小孔。膜由外表向內分為五層，依次為外皮層、亞指狀孔支撐層、大指狀孔支撐層、亞指狀孔支撐層和內皮層，且為雙向不對稱結構。

所述的五孔中空纖維膜，其水通量為200～700L/m²·h，膜表面的平均孔徑為0.03～0.4微米，拉伸強度為4.32～9.86MPa，斷裂伸長倍數為20～80％。

本發明的一種三組分五孔中空纖維膜的制備方法，包括：

(1)將聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯按質量比60～80∶10～30∶10～30混合，加入溶劑N，N-二甲基乙酰胺和添加劑聚乙烯吡咯烷酮PVP共混攪拌24小時進行溶解；溶解溫度為60～90℃；

(2)將氧化鋁Al₂O₃納米顆粒與溶劑N，N-二甲基乙酰胺在超聲波振蕩器中振蕩2小時，與步驟(1)制備的溶液混合，攪拌均勻，靜置24h脫泡，得到鑄膜液；

(3)采用干-濕紡絲工藝進行紡絲，工藝條件為：干紡程為3～15cm，紡絲壓力為1atm，芯液為0～40％的N，N-二甲基乙酰胺的水溶液，凝膠浴為0～40％的N，N-二甲基乙酰胺水溶液，凝膠溫度10～40℃，鑄膜液經噴絲頭噴出后，在凝膠浴中凝固成形，再經導絲、繞絲，最后收集制成五孔中空纖維膜；

(4)將上述五孔中空纖維膜于蒸餾水中浸泡96～120小時后，用50wt％的甘油水溶液浸泡72～80小時，晾干后制成膜組件。

所述步驟(2)的紡絲液中，聚合物的質量分數為10％～25％，聚乙烯吡咯烷酮的質量分數為1～10％；氧化鋁的質量百分數為1％～10％，其中，聚合物是指聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚氯乙烯的混合物。