[发明专利]高性能超滤中空纤维膜的制备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月10日提交的印度专利申请号1369/DEL/2008的优先权，并将其通过参考引入此处。

技术领域

本发明的实施方案涉及多元聚合物浓溶液，由其能够在流出物循环的环境友好工艺中制备不对称且亲水的超滤级中空纤维膜。

背景技术

合成膜通常用于多种应用，包括脱盐、气体分离、细菌和颗粒过滤和透析。膜的性质取决于其形态，即以下性质，例如横截面对称性或不对称性、孔径、孔形状和制备该膜的聚合材料。依照反应条件、浓液组成、包括后处理工艺的其制备方法，这些膜能够是疏水或亲水的。在用于颗粒或胶状悬浮液中时，亲水膜更不易结垢。不同孔径的膜用于不同的分离工艺，范围逐渐从用于微滤的较大孔径，然后到超滤、纳滤、反渗透并最后降低到具有气体分子尺寸的孔的气体分离膜。所有这些类型的过滤都是压力驱动的过程，其区别在于该膜能够保持或通过的颗粒或分子的尺寸。

通常，膜是通过首先由选定的聚合物配方和适合的溶剂制备铸膜液而制备的。在制膜工艺中，该聚合物转化为固相。通常将该聚合物溶液浸没在由非溶剂组成的骤冷浴中进行聚合物的沉淀。基本上选择相分离工艺制备这些膜。在相分离方法中涉及三种不同技术：

1.一种或多种组分混合物的热胶凝，

2.从两种或更多种组分混合物中蒸发掉挥发性溶剂，

3.向均相聚合物溶液中添加一种或多种非溶剂。

基于不同的应用，合成膜的物理性状能够制成不同的种类。依照具体膜和应用的特征，平板状、管状或非增强的中空纤维用于广泛的领域范围中。因为其高的堆积密度，这与其它膜构造相比提供了每单位体积更高的表面积，因此中空纤维是最优选的。目前基于中空纤维的膜受到在可维持的基础上能够达到的较低通量的限制，而且其在能够在长期操作中容许的浊度水平方面也受到限制。

本发明的目的是克服在目前一代的中空纤维膜中的这些限制以使得即使浊度条件较高也能将其应用扩展到包括除去介质过滤器和澄清器的RO预处理工艺。需要在较高的入口浊度的条件下实现高的持续通量，同时提高中空纤维用于反洗以及在爆破和伸长强度方面的基本性质。

使该中空纤维的纺丝工艺更不依赖于多种小的变量(例如温度、湿度)和对RO孔流体组合物、胶凝浴组合物等中的极端复杂条件的需求也将是适宜的。通过在例如用于膜纺丝的孔流体、凝胶浴空气间隙等中使溶剂的用量最小化以及将该纺丝工艺中所用的大部分水循环利用而使该工艺环境友好也是目的。

作为该工艺的一部分，该流出物水受到溶剂和痕量PVP的污染。将该流出物通过膜生物反应器工艺处理并将所有水循环回到系统中以使其成为环境友好的工艺。

发明内容

本发明涉及多元聚合物溶液的制备工艺，其能够使用作为添加剂的两种或更多种不同等级的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、作为非溶剂的水(H₂O)和选自N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的组的适合溶剂相结合，由聚醚砜(PES)制备亲水性不对称超滤中空纤维膜。

附图说明

图1是如试验15中所列的由本发明的方法得到的中空纤维膜的横截面的扫描电子显微照片。

图2是如试验15中所列的由本发明的方法得到的中空纤维膜的外表面的扫描电子显微照片。

图3是中空纤维纺丝机构的示意图。该系统由装备有齿轮泵(3)的孔流体罐(1)和装备有齿轮泵(4)的纺丝储罐(2)组成，两者都与喷丝头(5)连接以分别供给孔流体和浓溶液。胶凝浴(6)和铸膜罐(8)装备有导轮(7)以携带纺成纤维通过其，其是由受VFD控制的绕线滑轮(10)拉动的。该纤维通过基于激光的尺寸监视仪器(9)然后收集(12)到装满漂洗水的罐(11)中。

图4是显示本发明的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表(涉及表IV)。

图5是显示本发明的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表(涉及表V)。

图6是显示本发明的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表(涉及表VI)。

图7是显示本发明的中空纤维膜的产物浊度作为进水浊度的函数的图表(涉及表VII)。

具体实施方式

通过相转化成膜是非常独特的且受到该组合物中各种组分的存在及其浓度的支配。

作为添加剂的该PVP容易降低聚合物在铸膜液中的溶解度。这增强了相分离的热力学提高。但是同时溶液粘度提高，这造成相分离的动力学障碍。因此在上述具有PVP的组合物中造成热力学增强和动力学障碍的折衷关系。