[發明專利]PVDF中空纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710168201.6
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106823859B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 陳澤智;龔惠娟;龐洪磊;杜夢帆;沈琪
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/08;B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 莊沙麗;夏平

本發明公開了一種PVDF中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：（1）選擇疏水性的有機或無機納米級顆粒材料；（2）選擇LiBr、LiCl、KBr、KCl中的一種或兩種作為添加劑；（3）選擇NMP或DMAc或DMF或PVP中的一種作為溶劑；（4）采用分子量為32～48萬的PVDF原料作為成膜材料；（5）將PVDF、溶劑、納米級顆粒材料、添加劑混合，在60℃下加熱攪拌4～8h，完畢后真空抽氣脫泡形成鑄膜液；（6）將鑄膜液用于噴絲頭進行中空纖維膜紡絲，采用去離子水作為外部凝固浴，按水與乙醇的重量比為90:10～60:40配制成內凝固浴，用噴絲頭進行紡絲；（7）將膜絲浸沒在去離子水中，同時向膜內孔通入緩慢流動的無水乙醇，然后自然晾干，獲得PVDF中空纖維膜成品。

技術領域

本發明涉及一種能夠在內表面處形成大孔通道以提高氣體擴散量的PVDF中空纖維膜的制備方法，屬于中空纖維膜技術領域。

背景技術

聚偏氟乙烯（PVDF）是一種具有高疏水性、機械強度、穩定性的高分子材料，由于PVDF可溶于N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等常規的高沸點溶劑，因此常用在濕式相轉移工藝中生產中空纖維膜材料。PVDF中空纖維膜在水處理領域已經得到廣泛應用，在氣體凈化方面，研究工作者們的一個努力方向是制備用于膜接觸吸收過程的氣-液傳質膜。這是基于PVDF中空纖維膜中易于形成多孔結構的特點，在氣液吸收過程中可增大氣液接觸面積，從而提高傳質吸收通量。由于PVDF中空纖維膜的這種特性，在氣體吸收分離操作如生物質氣體CO₂吸收脫碳提純、煙氣吸收分離CO₂等領域具有廣闊的應用前景。

將PVDF中空纖維膜用于膜接觸吸收，使用者希望其膜結構具有兩方面的理想特征：（1）在靠近膜外表面處的氣-液界面處，具有多海綿孔分布的結構，以增大氣液接觸面積；（2）而在靠近氣流側的內表面上，具有大孔通道結構，以提高氣體傳質擴散能力強。目前研究工作者的關注點主要集中在前者，即提高靠近外表面處的海綿孔生成量，而如何在內表面處形成大孔通道的研究并未開展，由于這個環節也是提高膜接觸吸收性能的一個重要方面，因此開展該方向技術研究是膜接觸吸收材料中的一個關鍵內容。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠在內表面處形成大孔通道以提高氣體擴散量的PVDF中空纖維膜的制備方法。

本發明采用如下技術方案：PVDF中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：（1）選擇疏水性的有機或無機納米級顆粒材料，納米級顆粒材料的粒徑在100～800nm范圍；（2）選擇LiBr、LiCl、KBr、KCl中的一種或兩種作為添加劑；（3）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）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一種作為溶劑；（4）采用分子量為32～48萬的PVDF原料作為成膜材料；（5）將PVDF、溶劑、納米級顆粒材料、添加劑按重量比例（8～26%）：（45～75%）：（3～16%）：（3～18%）混合，在60℃下加熱攪拌4～8h，完畢后真空抽氣脫泡形成鑄膜液；（6）將鑄膜液用于噴絲頭進行中空纖維膜紡絲，在紡絲過程中，采用去離子水作為外部凝固浴，按水與乙醇的重量比為90:10～60:40配制成內凝固浴，用噴絲頭進行紡絲；（7）將紡出的中空纖維膜進行后處理：將膜絲浸沒在去離子水中，同時向膜內孔通入緩慢流動的無水乙醇，然后自然晾干，獲得PVDF中空纖維膜成品。

所述納米級顆粒材料為聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂中的一種或兩種。

所述納米級顆粒材料為重量比范圍在10%:90%～90%:10%之間的兩種納米級顆粒材料。

所述無機納米級顆粒材料的接觸角在80°以上。