[發明專利]增強型中空纖維膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710683044.2
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN108273399B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 吳長江;楊永強;任鵬飛;奚振宇
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D71/44;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;李婉婉

本發明涉及中空纖維膜制備領域，具體地，涉及一種增強型中空纖維膜及其制備方法和應用。該方法包括：在堿性溶液中，將纖維絲進行活化處理，得到活化的纖維絲；在改性溶液中，將所述活化的纖維絲浸漬上改性組合物，以得到改性的纖維絲；在金屬鹽溶液中，將所述改性的纖維絲與金屬鹽進行接觸反應，得到表面具有納米顆粒的纖維絲；將所述表面具有納米顆粒的纖維絲與制膜液混合，將所得混合物進行編織，得到中空纖維編織管；將所述中空纖維編織管成型為增強型中空纖維膜。通過本發明的方法制得的增強型中空纖維膜具有較高的反洗膜破裂壓力；并且，還能夠兼具較高的水通量和較高的斷裂強度，適用于膜生物反應器。

技術領域

本發明涉及中空纖維膜制備領域，具體地，涉及一種增強型中空纖維膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著經濟發展和人口增加，水資源匱乏的問題日益突出，因此對于廢水回用的需求越來越高。膜分離技術自20世紀60年代起開始崛起，因其具有分離程度高、高效節能、環保安全以及可集成化等優點，迅速成為了應用最廣泛的新一代分離技術，在食品、醫藥、生物、環保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子以及仿生等領域，都取得了巨大的經濟效益和社會效益。

其中，膜生物反應器(MBR)具有出水品質高、結構穩定和操作簡便等特征，被廣泛應用于市政用水和工業廢水的回用領域，是最有市場前景的廢水處理技術之一。中空纖維膜因其具有更高的比表面積，成為膜生物反應器中膜組件的核心。但是，在實際工業應用環境，操作過程中常伴隨曝氣和膜絲反沖洗步驟，在高速氣流和水流的沖刷下，單一膜絲強度不足以及污水池中纏繞物的影響，會導致組件的中空纖維膜膜絲斷裂的發生，從而降低了產水品質，并降低了膜生物反應器中膜的使用壽命。因此，為了實現產水品質的穩定、以及膜生物反應器組件膜絲使用壽命的提高，需要將中空纖維膜的強度進一步提高。采用具有一定強度的親水性纖維絲作為中空纖維膜的支撐材料，將中空纖維超濾膜的制備和支撐管的編織技術結合從而制備具有編織結構的中空纖維膜可以較好的解決現有內支撐編織管和膜分離層的復合，從而制備增強型中空纖維膜是最為常用的解決手段之一。

膜的分離層決定了增強型中空纖維膜的化學穩定性、通量、截留分子量和截留效率等，目前作為分離層的高分子材料一般包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)和聚砜(PSF)等。對于強增型中空纖維膜的膜絲強度，則主要取決于支撐材料的強度；而對于增強型中空纖維膜的使用壽命很大程度上取決于膜的分離層和支撐層的界面結合強度。界面結合強度高，膜絲的服役穩定性提高，反之，膜分離層在運行過程中會出現脫離等現象。

CN102512992A公開了一種覆膜中空纖維管的制備方法，該方法以纖維編織管作為增強材料，將增強體完全包覆在中空纖維膜內，即通過若干一浸一軋工藝串聯的多浸多軋法將聚偏氟乙烯等鑄膜液包覆到聚對苯二甲酸乙二酯纖維編織管內外壁，每次一浸一軋后均要進行圓管熱定型，最后經過相轉化得到增強型中空纖維膜。然而，該方法的纖維膜在凝固前需要較多的操作工藝步驟，會導致在生產過程中操作不便，前后浸軋的涂層相互干擾，降低生產效率。

CN10357303A公開了一種具有強界面結合的偏氟乙烯中空纖維復合微孔膜的制備方法，該方法采用含氟的硅氧烷偶聯劑在玻璃纖維表面上處理，交聯后形成過渡層，從而制備增強型聚偏氟乙烯中空纖維膜。但是上述方法只適用于玻璃纖維表面，且過渡層交聯后會形成光滑界面，分離層和過渡層之間的結合強度依然不盡如人意。

現有的增強型中空纖維膜的制備方法都著重于采用編織成的中空纖維編織管結合上復合層來形成中空纖維膜的方法，一方面制備工藝復雜；另一方面編織管(即支撐層)和分離層的包覆程度低且結合力較差，不能很好滿足現有工業MBR工藝過程的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單有效且適應性更廣的增強型中空纖維膜及其制備方法和應用。

作為本發明的第一類發明，如下：