[发明专利]一种高强度高通量的中空纤维膜制备方法及其添加剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高通量的中空纤维膜制备方法及其添加 剂。

背景技术

随着社会经济的发展和人口的增长，水资源短缺作为一个全球化 的问题，已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，也因此迫切需 要发展各种新型、高效的废水深度处理及回用技术。膜分离技术因其 具有分离效率高、设备简单、操作方便和无二次污染等优点，是解决 当代能源、资源和环境问题的重要高新技术，并将对21世纪的工业 技术改造起着深远的影响。最早研制出的膜式醋酸纤维素和硝酸纤维 素的混合膜，之后相继开发出聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯 烃类、硅橡胶类等材质的膜。随着膜技术的广泛应用，对膜材料的品 种和性能提出了新的要求，现有膜材料已经远远不能满足使用要求。 通过对现有膜材料的纺丝原液添加一定成分的添加剂，可以把多种材 料的优点结合起来，是扩大膜材料行之有效的方法。

相转化法制膜对制膜液组成依赖程度大，其中由非溶剂添加剂构 成的铸膜液多元体系对微孔膜的结构和性能有决定性的影响，研究和 开发性能优异的铸膜液添加剂是生产高质量的微滤膜的关键。常用的 添加剂，无论是无机添加剂(如氯化锂、高氯酸镁、高氯酸锂)，还 是小分子有机物(如甘油、二甘醇、乙醇、草酸等)与高分子溶液的 相容性较差，加入到制膜液中会导致高聚物分子链段发生强烈卷曲收 缩，形成相互独立的微相分离，制得的微孔膜强度较差，而且导致铸 膜液体系不稳定，甚至自动产生沉淀相分离，给铸膜液的保存与使用 带来诸多不便。日本特公昭62-017614中，记载了混合聚偏氟乙烯、 高分子成孔剂聚乙二醇、表面活性剂土温80，然后相转化成膜的方 法。该方法所获得的产品破裂强度不足，纯水的透过速度慢，无法满 足要求。而美国专利No.5514461试图通过在聚偏氟乙烯溶液中加入 三氯化乙烯、乙烯等共聚单体得到性能较好的膜材料。由于其添加剂 是通过物理共混添加的，所以膜的水通量随着添加剂的流失而下降， 通常五个月后下降到原来的10％-30％。日本特公昭3-71168中记载了 加入7.2wt％的聚乙二醇为添加剂的制膜方法，但仍未获得高透过通 量的膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度高通量的中空纤 维膜制备方法及其添加剂。通过调节中空纤维膜制膜液配方，尤其是 调节添加剂的量，来改善膜体材料的结构和性能，提高中空纤维膜的 强度，增加膜的通量，从而提高膜的稳定性和使用寿命，扩大膜的使 用范围。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于制备中空 纤维膜的添加剂，所述添加剂由热塑型聚胺酯、聚乙二醇、十二烷基 磺酸钠构成，其质量百分比为3∶6∶1；或由氟橡胶、氯化锂构成， 其质量百分比为9∶1。

一种高强度高通量的中空纤维膜制备方法，包括下述步骤：(1) 向制膜原料内加入溶剂使之溶解，搅拌，再加入权利要求1所述的用 于制备中空纤维膜的添加剂，搅拌，配制成制膜液，所述制膜原料为 聚合物聚砜类、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯，醋酸纤维素、聚 丙烯中的一种；(2)将步骤(1)制得的制膜液通过计量泵将制膜液 挤入喷丝头，通过计量泵将芯液定量挤入喷丝头的内针；通过喷丝头 纺丝，在牵引轮的作用下，纺丝依次通过凝固浴冷却凝固和拉伸槽的 后处理，得到中空纤维膜；或将步骤(1)制得的制膜液采用干-湿纺 丝法工艺制备中空纤维膜，该方法制备的高通量高强度中空纤维膜的 断裂强度为2.0～3.5MPa，在25℃.0.1MPa时的纯水通量为800～ 1800L/m².h，孔隙率为75～90％，膜的平均孔径为0.1μm～10nm。

所述溶剂为二甲基乙酰胺。

所述芯液为二甲基甲酰胺与水，温度为4～80度。

所述凝固浴为二甲基甲酰胺水，温度为4～70度。

所述制膜液中制膜原料的质量份数为16～25份，添加剂的质量 份数为5～10份，溶剂的质量份数为60～70份。

其中，采用干-湿纺丝法工艺制备中空纤维膜的具体步骤为：将 溶液在100～150度下溶解，干纺程为4～15厘米，制膜液挤出体积 流速为16ml/min，纺丝液温度为50～120度。其中喂料齿轮泵 10.9hz，蠕动泵3.5hz。