[發明專利]一種親水性中空纖維膜的連續化紫外輻照改性裝置及制備方法

無效

• 申請號: 201310586205.8
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103611426A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 魏俊富;廖小深;趙孔銀;王曉磊;李永花
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/08
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技術領域：

本發明屬于膜材料改性領域，具體涉及一種適用于中空纖維膜的連續化紫外輻照改性裝置的設計及親水性中空纖維膜的制備方法。?

背景技術：

中空纖維膜外形如纖維狀，內部具有中空孔道結構，它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面(如反滲透膜)，也可以位于纖維的內表面(如微濾膜和超濾膜)。與其他形狀的膜材料相比，中空纖維膜耐壓性能好，無需支撐體，具有單位比表面積大、裝填密度高、裝置占地面積小、設備造價低、容易清洗等優點。近年來，隨著膜分離技術的迅速發展，中空纖維膜在水處理、食品、醫藥、環保、石化和電子等領域得到越來越廣泛的應用。?

目前，中空纖維膜的基材主要以高分子材料為主，一般所選用的材料有聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、醋酸纖維素等。其中聚砜由于具有優良機械性能、化學穩定性和熱穩定性、抗氧化、耐酸堿等優點，已被廣泛用來制備各種分離膜。近年來，聚砜膜的發展非常迅速，現已成為現代工業中應用最廣泛的高分子膜材料，廣泛應用于微濾、超濾、反滲透和氣體分離等膜過程。但是與其他膜材料相比，聚砜膜的表面自由能較低，水接觸角很大，使其體現為較強的疏水性，在使用過程時，水通量較低，在分離油/水體系(尤其是含蛋白質溶液)時吸附污染嚴重，通量衰減很快，嚴重影響膜的使用壽命。防治膜污染的一個重要方法是對膜材料進行表面改性修飾，使其具有抗污染性。通常認為親水性的膜具有更好的抗污染性，如果能采取適當的方法對膜表面進行處理，提高其親水性，可以有效地減輕膜污染。目前，工業上和實驗室內正在應用和研究的膜表面改性的方法主要包括表面涂覆法、化學接枝法、紫外輻照接枝、高能輻照和低溫等離子體接枝等。?

紫外輻照接枝具有獨特的優點：1).紫外光波長可調，可使光敏劑有選擇地吸收；2).紫外光對材料的穿透力不強，因而接枝聚合反應可嚴格控制在基體材料的表面或亞表面進行，不會對基體材料的本體性能造成過多的損壞；3).接枝鏈與基材以化學鍵相連，鍵能高，穩定性好；4).紫外輻照光源及設備成本較低，且易于連續化操作，具有良好的工業應用前景，因此，紫外輻照接枝改性已廣泛用于膜材料的表面改性修飾領域，提高親水性，進而防止膜污染。公開號為CN102731908A的中國專利申請提供了一種連續親水改性聚丙烯微孔膜的方法，該發明所涉及的裝置適用于平板膜的改性，并不適用于中空纖維膜的改性，且沒有涉及到實際操作過程中的速度調節；對于連續化操作過程，速度的調節是一個重要的環節，因為如果放卷輪轉速大于收卷輪轉速，有可能造成膜的脫落，相反如果收卷輪轉速大于放卷輪轉速，有可能會撕裂膜；值得注意的是，該方法是使聚丙烯微孔膜水平橫穿光源系統，由于微孔膜結構疏松的特性，單體溶液會在平板膜表面呈現上少下多的不均勻現象，進而造成接枝的不均勻性。?

因此，設計一種結構簡單、操作簡便、適用于中空纖維膜、且能保證接枝均勻性的連續化紫外輻照改性裝置，并研究有可能與中空纖維膜的制備技術耦合起來連續化操作工藝，對中空纖維膜的連續化紫外輻照改性技術的工業化發展具有深遠的意義。?

發明內容：

現階段紫外接枝親水改性中空纖維膜在操作方法上主要采用間歇式的輻照法，該方法存在反應時間長、效率低、單體利用率低和容易產生廢液等缺點，不利于工業放大。針對現有技術的不足，本發明的目的旨在于提出一種適用于中空纖維膜的連續化紫外輻照改性裝置及親水性中空纖維膜的制備方法，使膜具有較好的親水性和抗污染性。?

本發明所涉及的連續化紫外輻照改性裝置的主要組成部分包括：反應器、主箱體、控制系統、釋放輪和收卷輪、洗液池、單體溶液池和氮氣系統等。重點對反應器的內部結構進行設計，細節如下：在反應器內部等距軸心豎直安放三盞高壓汞燈，每盞燈之間的空間夾角為120°，其目的是為了保證穿過其中的中空纖維膜表面都能獲得均勻的紫外光輻照；中空纖維膜豎直從下往上穿過反應器，保證接枝過程中圓柱狀的中空纖維膜表面在360°方向上都能均勻覆蓋上單體溶液，因為如果采用中空纖維膜水平方向橫穿的方式，單體溶液可能會由于自身重力的作用而在中空纖維膜上下表面呈現不均勻分布現象，進而導致接枝的不均勻性；由于采用的高壓汞燈功率較大，發熱量大，為了不使膜結構與性能受高溫損害，在反應器中心豎直安放石英管，并讓中空纖維膜穿過石英管，石英管底部通氮氣，通入氮氣不僅可以維持接枝聚合反應所需的保護氛圍，還能帶走管內部分熱量，維持管內溫度在一個適宜的數值。?

本發明將所設計的連續化紫外輻照改性裝置用于親水性聚砜中空纖維膜的制備，具體的制備方法如下：?