[發明專利]一種高分子分離膜及其復合相分離制備方法、裝置

在審

• 申請號: 202110708612.6
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113304626A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 馬卓;張思強;池立麗;張晶
• 申請（專利權）人: 北創清源（北京）科技有限公司
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 張力

本發明屬于高分子分離膜制備技術領域，具體涉及一種高分子分離膜及其復合相分離制備方法、裝置，具體的，所述方法包括：S1：取鑄膜液并均勻涂覆在基材上，并在所述基材上形成液膜；S2：將液膜置入具有穩定溫濕度的環境中5?300s得到半成品膜片；S3：將半成品膜片置入凝膠槽中浸泡固化得到成品膜片；S4：取成品膜片并進行后處理得到高分子分離膜。本方法使得鑄膜配方不需要過多的添加劑，即可實現膜結構和性能的控制，且無需調整配方即可加工多種結構的高分子分離膜。

技術領域

本發明屬于高分子分離膜制備技術領域，具體涉及一種高分子分離膜及其復合相分離制備方法、裝置。

背景技術

高分子分離膜包括微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等，其中微濾膜是指膜平均孔徑≥0.1μm的分離膜；超濾膜的孔徑大于微濾膜，用于包括細菌、病毒、熱源和其它異物等微粒的脫除，由起分離作用的表皮層和起支撐作用的海綿狀或指狀層組成，其表皮層厚度通常僅0.1～1μm，多孔層厚度通常為125μm；納濾和反滲透的基膜通常采用親水的超濾膜；膜蒸餾一般使用疏水性的微濾膜。

高分子分離膜的制備方法主要包括相轉化法、拉伸法、燒結法、界面聚合法等，其中相轉化法應用最廣，包含溶劑蒸發法、蒸汽誘導相分離、非溶劑致相分離方法(NIPS)、熱致相分離法(TIPS)。目前工業上大多采用NIPS制備超濾/微濾膜材料，即將聚合物溶于溶劑中形成均相溶液，將鑄膜液均勻涂覆在基材上，進入非溶劑形成的凝膠槽中，溶劑與非溶劑相互擴散，溶液由于熱力學不穩定性而發生分相，隨著交換的逐步發展，最終凝聚、固化形成多孔的高分子分離膜。溶劑蒸發法是在溶劑的蒸發過程中鑄膜液緩慢發生分相進而成膜，通常得到表皮致密的微孔膜。VIPS法中，空氣中的水蒸氣和溶劑蒸汽緩慢交換，從而獲得相對較大的表皮層膜孔和亞皮層膜孔。

工業上采用單一的NIPS法制膜時，表皮層易形成致密孔，凝膠浴中的水透過表皮層存在很大的阻力，表皮層下延時分相，聚合物貧相大量形成，斷面容易出現指狀孔和大孔結構，導致膜的機械性差、通量低。為解決上述問題，已存在研究通過增加鑄膜液中非溶劑的含量，可以起到減少大孔的效果，但是鑄膜液的穩定性差，容易提前分相，工業化生產推廣很難。還存在研究用高濃度的凝膠浴溶液或者多個凝膠浴來實現分相控制膜孔，但是給溶劑的回收處理帶來很大的困難。

中國專利文獻CN111266016A公開了一種可調控孔徑的海綿狀結構分離膜的制備方法。它通過控制鑄膜液組成以及蒸氣凝膠處理條件來實現膜孔徑的精準調控，依靠適當鑄膜液組成即配方的調試，膜片或膜絲在干程濕度50～100％RH溫度30～100℃環境中停留0～300S蒸發分相，進入凝固浴中固化成膜。它的干程并未提到如何控制環境內的溫濕度的均勻一致，不能避免溫濕度梯度的存在，因而無法保證膜孔尺寸的有效控制，不能進行連續穩定的生產。

中國專利文獻CN108525531A公開了一種非溶劑誘導凝膠相分離法制備聚合物共混膜的方法。它通過引入磺化類聚合物共混改性實現了膜的永久親水和抗污染性。該方案需要增加鑄膜液中非溶劑的含量，才能避免膜斷面出現大孔隙和指狀孔，從而獲得完全為海綿體結構的共混膜。

中國專利文獻CN105396470A公開了一種中空纖維復合納濾膜的制備方法。它通過控制入水間隙的相對濕度在30～80％RH，從而獲得無大孔結構的機械強度好的中空纖維超濾膜，進一步的在超濾膜的表面通過界面聚合制備分離層得到中空纖維復合納濾膜。該方法所述入水間隙相對濕度為30～80％RH，但是并未提到如何控制溫度，不同溫度下的含水量差異極大，由此帶來的傳質傳熱極為不同，因此該方法不能通過入水間隙的控制保證膜孔結構的穩定。

因此，針對以上不足，本發明提供一種高分子分離膜及其復合相分離制備方法、裝置，通過溶劑蒸發、VIPS、NIPS依次發生逐步推進相分離的復合相分離方法，實現高分子分離膜的表面孔結構、斷面孔結構的穩定有效控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高分子分離膜及其復合相分離制備方法、裝置，以解決現有技術中不同高分子分離膜的配方不同、工序不同導致加工設備混用大的問題。