[發(fā)明專利]一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機管式膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109647226B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭娜;周龍坤;王懷林;關(guān)曉琳;時良晶;林玉聰
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇凱米膜科技股份有限公司
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D69/12;B01D69/04;B01D67/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 崔立青

本發(fā)明公開了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)有機管式膜制備方法，步驟為：(1)以高分子聚合物為基材，將高分子聚合物、溶劑和添加組分分別制備支撐層鑄膜液和功能層鑄膜液；(2)將支撐層鑄膜液和功能層鑄膜液分別脫泡，然后在管式膜刮膜機上進行涂膜，形成預(yù)轉(zhuǎn)相膜；(3)將預(yù)轉(zhuǎn)相膜在經(jīng)過預(yù)蒸發(fā)后，浸入凝固浴中，完成相轉(zhuǎn)化成膜過程，形成有機管式膜。該有機管式膜的高分子材料層具有復(fù)合結(jié)構(gòu)，使用價格相對低廉但性能優(yōu)越的高分子材料作為支撐層，起到提供機械支撐和增加滲透通量的作用，使用高性能或有特殊性能的高分子材料或者含納米顆粒材料的雜化高分子材料作為分離的功能層，起到提高選擇性和降低經(jīng)濟成本的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機管式膜的制備方法。

背景技術(shù)

有機管式膜是指在圓筒支撐體的內(nèi)側(cè)或外層刮制上半透膜而得到的圓管形分離膜，其支撐體的構(gòu)造和分離層的復(fù)合方法有多種方法和組合方式。在分離過程中，無機高分子材料層是功能層實現(xiàn)分離功能，無紡布管提供機械支撐性能。相對于無機管式膜，有機管式膜屬于有機膜中的復(fù)合膜，由高強度的支撐層和高精度的分離層組成，其制備過程是通過將有機高分子聚合物溶解后涂覆在支撐管內(nèi)壁或外壁上制備成膜。有機管式膜內(nèi)徑一般在4-25mm，長度3-4m,分離層是高分子材料，而支撐層可以是玻璃纖維，金屬，無紡布，燒結(jié)材料等。有機管式膜制膜材料品種多，可根據(jù)不同用途、不同性能、不同分子切割量，有選擇性地制成各種膜。從微濾、超濾到納濾、反滲透，從帶正負電荷到非荷電，從耐酸、堿到耐溶劑等性能都能做到。

有機管式膜的功能分離層通常是通過高分子材料經(jīng)過相轉(zhuǎn)化的方法制備而成，多為非對稱結(jié)構(gòu)。有機管式膜的制備是一個復(fù)雜的工藝過程，制備過程包括支撐管的制備，有機高分子層的涂覆及高分子溶液經(jīng)過相轉(zhuǎn)化過程固化成膜的過程。常用的工藝過程是，裁剪后的無紡布條經(jīng)過化學(xué)或物理前處理后通過超聲焊接粘結(jié)成支撐管，高分子溶液通過鑄膜頭均勻涂覆在支撐管內(nèi)壁，然后進入凝膠槽相變固化成膜。

復(fù)合分離膜結(jié)構(gòu)指的是兩種或多種材料制備而成的雙層或多層膜結(jié)構(gòu)形式。復(fù)合分離膜結(jié)構(gòu)常見于平板膜產(chǎn)品，卷式膜產(chǎn)品和中空膜產(chǎn)品。有機管式膜本身是有機膜材料和無紡布支撐體的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但是有機材料的功能層部分通常是單一材料的單層結(jié)構(gòu)。目前市場上商業(yè)有機管式膜產(chǎn)品廣泛使用的高分子膜材料是聚偏四氟乙烯(PVDF)和聚醚砜(PES)。

膜分離的原理是在壓力驅(qū)動下實現(xiàn)進料中不同組分的分離的過程。從膜的結(jié)構(gòu)原理上，膜結(jié)構(gòu)由支撐部分和功能部分組成，支撐部分提供機械性能，而功能部分實現(xiàn)分離功能。高分子材料的自身屬性對膜產(chǎn)品的分離性能有著非常重要的影響。一些高性能的高分子材料例如聚酰胺家族，具有良好的功能性(例如耐溶劑性能，抗污染性能，荷電性能等)，但缺點是價格較貴，且在分離過程中雖然選擇性很高，但是通量較低。

在有機高分子材料中雜化納米顆粒也是常用的提高膜分離性能的方法。常用的高性能的納米顆粒例如TiO₂可以有效的提高膜產(chǎn)品的親水性，分子篩材料例如NaA,MOF等，可以同時提高膜產(chǎn)品的選擇性和通量，降低老化導(dǎo)致的通量衰減問題，粘土納米顆粒可以有效的提高膜產(chǎn)品的疏水性等等。這些高性能的納米材料在使用中需要注意兩個問題。首先是無機材料和有機材料在性能上有差異，無機材料在高分子溶液中易形成團聚，很難有效均勻的分布。其次是高精度小顆粒的無機材料價格相對較貴，如何有效的實現(xiàn)無機材料在雜化膜里的最經(jīng)濟用量和最大功能性是制備有機無機雜化膜需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)有機管式膜制備方法，其包括如下步驟：

(1)分別制備支撐層鑄膜液和功能層鑄膜液，支撐層鑄膜液和功能層鑄膜液的制備方法均為：

以高分子聚合物為基材，將高分子聚合物和溶劑在50-90℃以100-1000rpm的攪拌速度保溫攪拌12-48h，冷卻至室溫后加入添加組分，繼續(xù)攪拌12-24h后制得；