[發明專利]一種聚合物中空纖維膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210457399.0
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114870643B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 張衍林;胡超權
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D67/00;B01D69/02;B01D61/02;B01D61/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發明涉及一種聚合物中空纖維膜及其制備方法和應用，所述制備方法包括如下步驟：將芯液、鑄膜液和保護液形成三層同芯層流，制成聚合物中空纖維初生膜，所述聚合物中空纖維初生膜不經空氣間隔直接進入凝固浴，并在凝固浴中固化，通過溶液紡絲法得到聚合物中空纖維膜；所述芯液和保護液各自獨立地包括無機鹽水溶液；所述鑄膜液包括聚合物和有機溶劑，所述鑄膜液中不包括成孔劑。本發明所述方法避免空氣間隔的使用，同時使用無機鹽水溶液作芯液和保護液，以調控膜的微觀結構和宏觀結構，不需要添加致孔劑，制造過程能在寬泛的條件下進行，并可方便、精準地調控微觀結構。

技術領域

本發明涉及聚合物中空纖維膜技術領域，尤其涉及一種聚合物中空纖維膜及其制備方法和應用。

背景技術

中空纖維膜是物質分離、水處理、海水淡化等領域的先進材料。與平板膜相比，它具有自支撐、比表面積大、結構緊湊、制造容易、易清洗等優點。中空纖維膜可分為有機聚合物膜和無機膜。有機聚合物中空纖維膜制作成本低，因而得到廣泛應用。其中，超濾膜過濾是脫除微粒狀雜質和污染物的有效手段。常用有機聚合物中空纖維膜制作方法分為靜電紡絲法，熔融紡絲法和溶液紡絲法。其中，溶液紡絲法因條件溫和、設備要求低、操作簡單而得到廣泛應用，而其中又以干噴濕紡法，即干濕紡最為常用。在此方法中，鑄膜液與芯液以同芯流方式從紡絲噴嘴中擠出，經空氣間隔進入凝固浴固化成膜。聚合物溶于與水混溶的有機溶劑中作為鑄膜液。常用溶劑有N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)等，而芯液和凝固液(凝固浴)一般是水或水-溶劑混合液。使用與水混溶的有機溶劑溶解聚合物是為了在制備過程中使初生態纖維能夠快速脫除溶劑以得到固態纖維，而使用水或水-溶劑混合液做芯液和/或凝固液是為初生態纖維的快速固化、脫溶劑和理想微觀結構的形成。用此技術制得的聚合物中空纖維膜具有高拉伸強度和高彈性模量。

CN107344075A公開了一種靜電紡絲中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：A.中空編織管的制備：采用二維編織技術將纖維長絲編織成中空編織管；B.紡絲液的制備：將5～20wt％的聚合物樹脂和0～10wt％的添加劑溶解在70～95wt％的溶劑中配制成紡絲液，各組分之和為100wt％；C.靜電紡絲中空纖維膜的制備：將步驟A得到的中空編織管嵌套在細絲接收裝置上；將步驟B得到的紡絲液注入紡絲裝置中，經靜電紡絲和空氣固化后，在凝固浴中固化成型，得到靜電紡絲中空纖維膜。其公開的方法采用二維編織技術與靜電紡絲法相結合的方法制備中空纖維膜。所制備靜電紡絲中空纖維膜主要由增強體和分離層組成，同時兼具高孔隙率、高分離精度和高強度的優點。

CN112642307A公開了一種同軸靜電紡芳香聚酰胺超細中空纖維膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟：(1)皮層紡絲液的制備：將不同分子量的芳香聚酰胺(APA)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成濃度為8～20％的紡絲液，并添加不同類型的無機鹽致孔劑；(2)芯層紡絲液的制備：將水溶性極強的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在無水乙醇中，配制成濃度為5～10％的紡絲液；(3)同軸靜電紡芳香聚酰胺超細中空纖維膜的制備：將步驟(1)得到的皮層溶液和步驟(2)得到的芯層溶液分別注入不同的儲液裝置中，采用同軸靜電紡絲機紡制成APA/PVP皮芯超細纖維，再以溶解方式除去皮層無機鹽和芯層PVP即可得到APA超細中空纖維膜。該膜具有高比表面積，兼具高分離精度和高滲透性。

CN102861519A公開了一種長效親水性聚氯乙烯中空纖維超濾膜的干濕紡制備方法，該制備方法包括，將聚氯乙烯、長效親水劑、成孔劑、熱穩定劑與溶劑按比例混合，得到聚氯乙烯質量濃度為8-30％的中空纖維超濾膜鑄膜液，將該鑄膜液與內凝膠介質(芯液)同時通過噴絲板擠出管狀液膜，該液膜經過0-30厘米的空氣間隔進入外凝固介質中固化。