[發(fā)明專利]一種中空纖維膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610918375.5
• 申請(qǐng)日: 2016-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN106345310B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔惠娟;陳澤智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;B01D69/08;B01D71/34
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 莊沙麗;夏平

本發(fā)明公開了一種中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：（1）選擇山梨醇、甲氨酸、甘氨酸、高氯酸、一乙醇胺、二乙醇胺、2?甲基咪唑啉、膦酸中的三種以上組分混合作為非溶劑添加劑；（2）選擇N?甲基?2?吡咯烷酮（NMP）或N，N?二甲基乙酰胺（DMAc）或N，N?二甲基甲酰胺（DMF）作為鑄膜液和芯液的溶劑；（3）將PVDF、溶劑、非溶劑添加劑混合，在60℃下加熱攪拌溶解，完畢后真空抽氣脫泡處理，作為鑄膜液；（4）紡絲過(guò)程：采用去離子水作為外部凝固浴，將水、溶劑、非溶劑添加劑按重量比為90:8:2混合配制成芯液，用噴絲頭進(jìn)行紡絲。采用本發(fā)明制備的PDVF中空纖維膜富含海綿狀孔，本發(fā)明可顯著減少指狀孔道的生成，很好地改善了PDVF中空纖維膜的結(jié)構(gòu)特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種富含海綿狀孔中空纖維膜的制備方法，屬于中空纖維膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜接觸吸收是一種新型的高效吸收分離方法，其基本原理是以中空纖維膜作為氣-液接觸界面，將氣體中溶質(zhì)傳質(zhì)轉(zhuǎn)移到吸收液中。由于中空纖維膜的直徑可以做得很小（在0.5～1.0mm范圍），使得中空纖維膜的填充密度很大，這樣能在單位空間體積內(nèi)形成巨大的吸收液-氣體接觸面積，而且要比常規(guī)吸收塔器中的填料所形成的氣液接觸面積高出一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而大幅度提高吸收傳質(zhì)速率，可使吸收效果得到強(qiáng)化。這種吸收分離方式在CO₂、SO₂、H₂S等酸性氣體吸收分離領(lǐng)域中尤其具有顯著的發(fā)展前景。

在膜接觸吸收過(guò)程中，目前普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）作為制備膜的主要高分子材料，該材料具有很好的疏水性、機(jī)械強(qiáng)度、抗高溫作用等性能。現(xiàn)有技術(shù)中，在中空纖維膜的制備過(guò)程中，采用濕式相轉(zhuǎn)移工藝，通過(guò)將溶解在有機(jī)溶劑中的PVDF與水接觸后，由于溶劑轉(zhuǎn)移到水相，使得被溶劑溶解的PVDF轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵纬芍锌绽w維膜的薄壁。在此過(guò)程中，溶解在溶劑中的非溶劑添加劑揮發(fā)使PVDF膜壁中出現(xiàn)微小孔道的作用，從而使中空纖維膜的薄壁橫截面上具有大量的微小孔道來(lái)作為氣體進(jìn)行擴(kuò)散傳質(zhì)的通道。由于中空纖維膜薄壁截面上的微小孔道結(jié)構(gòu)對(duì)膜接觸吸收性能有重要影響，而在現(xiàn)有技術(shù)的制膜方法中多采用氯化鋰作為制孔劑，如圖2所示，采用該材料用作制孔劑時(shí)使得中空纖維膜薄壁截面上出現(xiàn)大量的指狀孔，該類型孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是類似手指頭形狀，孔道直徑偏大，會(huì)使吸收液進(jìn)入該孔道內(nèi)，從而破快了膜接觸吸收要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可制備富含海綿狀孔的PVDF中空纖維膜的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的中空纖維膜的制備方法制備出的中空纖維膜薄壁截面孔道直徑偏大的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：（1）選擇山梨醇、甲氨酸、甘氨酸、高氯酸、一乙醇胺、二乙醇胺、2-甲基咪唑啉、膦酸中的三種以上組分混合作為非溶劑添加劑；（2）選擇N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）或N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）或N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作為鑄膜液和芯液的溶劑；（3）將PVDF、溶劑、非溶劑添加劑混合，在60℃下加熱攪拌溶解，完畢后真空抽氣脫泡處理，作為鑄膜液；（4）采用去離子水作為外部凝固浴介質(zhì)，將水、溶劑、非溶劑添加劑按重量比為90:8:2混合配制成芯液，再用噴絲頭進(jìn)行紡絲；（5）紡絲過(guò)程：將鑄膜液和芯液連續(xù)地壓入噴絲頭的鑄膜液接口和芯液接口，將凝固浴介質(zhì)倒入位于噴絲頭下面的水槽中，芯液從噴絲口的圓形噴口流出，鑄膜液從噴絲口的環(huán)形噴口流出，形成一股中心為芯液、外包裹鑄膜液的液體，該液體流入水槽中，鑄膜液中的溶劑與水交換，同時(shí)鑄膜液內(nèi)側(cè)與芯液進(jìn)行溶劑交換，從而獲得圓形薄壁的中空纖維膜。

步驟（1）中的組分在非溶劑添加劑中的重量比范圍為：山梨醇15～25%、甲氨酸10～30%、甘氨酸10～20%、高氯酸25～60%、一乙醇胺5～20%、二乙醇胺5～20%、2-甲基咪唑啉5～20%、膦酸25～60%。

步驟（3）中，鑄膜液中采用的PVDF的分子量為80～100萬(wàn)， 在鑄膜液中PVDF、溶劑、非溶劑的重量比范圍為15～20%：60～80%：5～15%。