[發明專利]一種疏水中空纖維膜的制備方法

無效

• 申請號: 201410019779.1
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103752179A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 黃慶林;吳艷杰;肖長發;陳凱凱
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及膜技術領域，特別涉及一種疏水中空纖維膜的制備方法。

背景技術

膜分離技術作為一種新型、高效的分離、濃縮及凈化技術，自上世紀60年代以來得到迅速發展，現已成為一項具有應用領域廣、能耗低、設備簡單易操作、效益高等特點的高新技術。膜接觸器是膜與傳統的基于相平衡理論的分離方法如萃取、吸收、蒸餾、結晶等相結合衍生出來的膜萃取、膜吸收、膜蒸餾、膜結晶等新型膜過程。與傳統的化工分離過程相比，膜接觸器具有接觸面積大且固定不變、流體流速范圍可獨立控制，流體間不需要密度差，可用于相同密度的兩流體間的傳質接觸等優點，可與傳統的化工分離過程相競爭。隨著研究的深入，它已充分展示出在石油、化工、食品、醫藥等領域中的廣闊應用前景。膜接觸器的核心概念是利用微孔膜作為接觸界面，為膜兩側兩相的傳質或反應提供接觸界面。典型的膜接觸器如膜蒸餾、膜吸收、膜萃取以及膜乳化等一般采用都疏水的中空纖維微孔膜為分離介質，因此疏水中空纖維膜的制備及研究是膜領域的重要研究方向。

目前，市場應用的疏水中空纖維膜制備方法是將疏水聚合物聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚偏氟乙烯(PVDF)等經熔融紡絲拉伸法(M-S)或溶液相轉化法(NIPS)或熱致相分離法(TIPS)制備成中空纖維膜。然而由于M-S法制備的膜孔徑分布較寬且較難控制，NIPS法或TIPS法在制備過程中需使用大量有機溶劑或稀釋劑，容易污染環境，且溶劑回收過程復雜、成本較高，已不能滿足膜技術綠色、快速發展的需求。此外通過上述方法制備的膜的持續疏水性能不強，長時間應用易被液體浸潤，因而限制了其在膜接觸器方面的應用。對膜進行疏水改性以提高其疏水性能也是目前重要的研究課題。國內呂曉龍采用溶液相轉化法，通過改變鑄膜液中各組分的含量來改變PVDF微孔膜表面的物理形態結構來構筑仿荷葉表面的乳突狀粗糙結構，使得PVDF膜表面的靜態水接觸角達到超疏水水平。Chung等人采用PVDF紡絲溶液與溶劑共擠技術來提高PVDF中空纖維膜外表面的粗糙度，使得PVDF中空纖維膜的靜態水接觸角從88°增至130°，膜蒸餾通量也有大幅度提高，然而這種疏水改性方法均是通過溶液法制得，產業化生產存在溶劑回收成本高，易造成環境污染等缺點。此外，膜的制備效率低且持續疏水性能較差也是制約其廣泛應用的主要問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種疏水中空纖維膜的制備方法，該制備方法有機溶劑使用量少，較溶液法制膜具有生產效率高且綠色環保等優點，所得膜疏水性能強，應用于膜蒸餾、膜脫氣、膜吸收等膜過程具有明顯優越性。

為此，本發明的技術方案為：

1)將30-40wt％的疏水致孔劑與10-30wt％的有機液體混合均勻，然后向其中加入40-60wt％的疏水性聚合物混合均勻，得到紡絲原料；

2)將所述紡絲原料在高于聚合物熔點10-20℃溫度下熔融擠出，熔體經中空噴絲頭組件得到初生中空纖維；

3)所述初生中空纖維經過一段5-10cm空氣浴后，進入40-60℃的水浴、在噴絲頭拉伸比為1-3倍的條件下，在水浴中停留1-2min后完全固化成形，得到中空纖維膜；

4)將所述中空纖維膜在溫度為40-60℃的刻蝕液中處理2-5min后，在自來水中浸泡洗去殘留刻蝕液，自然晾干后即得本發明所述疏水中空纖維膜；

所述疏水性聚合物為可熔融加工的成膜聚合物，包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物；

所述疏水致孔劑為經疏水處理的無機粉體，包括納米-亞微米級二氧化硅粉體、碳酸鈣粉體或聚合物粉體，包括聚四氟乙烯粉體、聚全氟乙丙烯粉體或其混合物；

所述有機液體為溶解度參數與所述疏水性聚合物相近的有機液體稀釋劑，包括鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或其不同比例的混合物；

所述刻蝕液為濃度為1-10wt％的所述疏水性聚合物的溶劑的水溶液，所述疏水性聚合物的溶劑為N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮或其不同比例的混合物。

本發明所述的疏水中空纖維膜的制備方法具有工藝相對簡單，紡絲流程短，制得膜疏水性能強等特點，尤其紡絲和后處理連續進行，生產效率較高，適于工業化生產。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明疏水中空纖維膜的制備方法進行詳細描述，但實施例僅作為本發明所述制備方法的具體案例，并不限制本發明的各項權利要求。

實施例1