[發明專利]聚偏二氟乙烯中空纖維膜、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201110348033.1
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102357346A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 何春菊;吳薛亮;孫俊芬;秦愛文
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/08
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及一種用于城市用水凈化的聚偏二氟乙烯中空纖維膜、其制備方法及其在城市用水凈化中的應用。

技術背景

膜技術作為分離、濃縮、提純及凈化技術，近幾十年來已經迅速發展成為產業化的高新技術。膜分離技術由于擁有操作方便、設備緊湊、工作環境安全、節約能源和化學試劑等優點，已在海水淡化、電子工業、食品工業、醫藥工業、環境保護和生物工程等領域和科學研究中得到廣泛應用。聚偏二氟乙烯（PVDF）是一種線狀結晶性的白色粉末狀半晶形聚合物，具有使用溫度高、機械性能優良、耐候性好、耐溶劑性強等一系列優點，同時還具有突出的抗老化特性和抗紫外能力，且容易流延成膜，是近年來發展起來的一種良好的制膜材料。

關于PVDF分離膜材料的制備方法，目前國內外所廣為應用的是非溶劑相分離法（NIPS），許多文獻和專利都有相關報道。對于非溶劑相分離法，Zuo等在Journal?of?Functional?Polymers,?2008,?21（4）:?380-384中介紹了利用非溶劑相分離法通過采用DMAC為溶劑得到內部呈指狀孔結構的PVDF超濾膜；EP1009517采用非溶劑相分離法制得了高孔隙率的親水性或疏水性非對稱性聚偏氟乙烯微孔膜。非溶劑相分離法制備出來的微孔膜通常孔徑分布不勻，且多呈現出指狀大孔結構，這種結構雖然可以使成膜具有較高的通量，但相應的也會降低成膜的機械強度和分離精度。

發明內容

為克服現有的非溶劑相分離法所制得的聚偏二氟乙烯分離膜材料的上述缺陷，本發明以相分離機理為基礎，研究出一種能夠制備出具有高強度、高通量和高分離精度的聚偏二氟乙烯中空纖維膜的新方法。

因此，本發明的目的之一在于提供一種可用于城市用水凈化的聚偏二氟乙烯中空纖維膜。

本發明的另一目的在于提供一種制備聚偏二氟乙烯中空纖維膜的方法。

本發明的再一目的在于提供上述聚偏二氟乙烯中空纖維膜在城市用水凈化中的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于城市用水凈化的聚偏二氟乙烯中空纖維膜，其橫截面呈現為網孔相互交聯的海綿狀結構，網孔的等效直徑為0.1~1?μm。

一種制備上述聚偏二氟乙烯中空纖維膜的方法，包括將PVDF粉料與兩種有機液體共混，將所得的共混物在低于聚合物粉料熔點50~90℃的溫度下加熱共混，并通過不同孔徑大小的模頭擠出制成中空纖維形式，再放入特定的有機溶劑中浸泡以便萃取上述兩種有機液體，經過一定時間后再通過純水清洗和保孔劑處理得到成品膜。

具體而言，本發明的聚偏二氟乙烯中空纖維膜制備方法包括如下步驟：

（1）配制鑄膜液

以鑄膜液總量的質量百分比計，將15%~45%的聚偏二氟乙烯（粉料，η=1.8~2.2）、5.5%~76.5%的稀釋劑一和5.5%~76.5%的稀釋劑二放入共混裝置中，其中固體物質預先進行干燥以去除水分，將混合物在80~120℃下攪拌加熱共混，攪拌速度為70~90r/min，共混時間為2-24小時，優選4-16小時，更優選6-12小時，得到鑄膜液；

（2）噴絲形成中空纖維

將上述鑄膜液經過4-24小時、優選6-16小時、更優選8-12小時的真空脫泡處理后，在氮氣加壓下使鑄膜液經過噴絲模頭形成中空纖維，然后將初生的中空纖維膜依次放入萃取劑中處理5~48小時，優選8-36小時，更優選10-24小時，再于純水中清洗浸泡5~48小時，優選6-36小時，更優選8-24小時，并用保孔劑處理4-24小時，優選6-18小時，更優選8-12小時，即可得到中空纖維膜成品。

本發明的聚偏二氟乙烯中空纖維膜的結構既可以使膜具有較高的水通量，又可以使膜具有較高強度和較高分離精度，完全適用于城市用水凈化。

附圖說明

圖1為本發明一種實施方式中的中空纖維膜生產流程圖。

圖2為本發明一種實施方式中的截面掃描電鏡放大圖。其中，圖（b）為圖（a）的放大圖。

圖3為本發明一種實施方式中的中空纖維膜污水處理系統流程圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例及附圖，對本發明作進一步說明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

非溶劑相分離法在配制鑄膜液時通常使用一種在常溫下就能溶解PVDF的強極性溶劑；而本發明在配制鑄膜液時采用兩種溶劑來進行復配，其中一種溶劑在非溶劑相分離法中不使用，這是本發明區別于非溶劑相分離法的不同之處。