[发明专利]一种异径中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

涉及空气净化和液体分离的一种异径中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术和装置现已被广泛用于化工、生物、医药、食品、饮料、水处理等工业领域中，是现代技术中重要的一种。膜组件是膜技术和装置的核心部件。它的性能多少和好坏直接表现为膜系统或装置性能的优劣。

中空纤维膜组件在单位体积内的膜装填密度最大，用途最为普遍，但中空纤维膜在使用中，由于中空纤维膜丝间相互接触紧密，易抱团、集束、板结，大幅降低分离膜有效过滤面积，而且容易导致膜污染，难以有效清洗恢复膜通量。如在污水处理方面的膜生物反应器中，板结成泥饼，失去过滤作用。为解决现有技术存在的问题，发明了一种异径中空纤维膜，其内、外径沿长度方向周期性变化。这种结构的作用有二：膜丝间在外径大处接触，而在外径小处有空隙，因此膜丝间不易产生紧密接触而板结；内径不同，过滤液体在中空纤维膜管内的流速会周期性变化，类似血液的脉冲式流动，减少膜污染。

发明内容

本发明涉及一种异径中空纤维膜及其制备方法。该异径中空纤维膜内、外径沿长度方向周期性变化。

本发明的异径中空纤维膜，其粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，粗径的长度为1～10mm。

本发明的异径中空纤维膜，其粗径与细径的内径比为1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比1.2∶1～1∶1.2。

本发明的异径中空纤维膜，粗径的长度为2～5mm。

本发明的异径中空纤维膜的制备方法，通过在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。

本发明的异径中空纤维膜的制备方法，芯液脉动机构具体为1)在芯液软管上设置管夹，通过电机的机械传动作用，使管夹脉冲挤压芯液软管；2)脉冲式芯液计量泵。

附图说明

图1为本发明的异径中空纤维分离膜长度方向剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明使用通用中空纤维纺丝机设备制膜，并且在中空纤维芯液管路上串接脉冲机构，使芯液的提供量周期性变化，从而制备出内径、外径不同的异径中空纤维膜。

本发明的膜形状：粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，优选1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，优选1.2∶1～1∶1.2；粗径的长度为1～10mm，优选2～5mm。中空内径粗径d2为0.15～3mm。中空壁厚为0.02～1mm。

适用于本发明的分离膜组件的聚合物材料为常规制中空纤维膜的聚合物，是现有技术中用于制备中空纤维膜的聚合物，例如聚丙烯腈(PAN)、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、醋酸纤维素、聚乙烯醇等，本发明对聚合物的种类没有特别的限制，也可以是改性聚合物、共聚物已经两种或两种以上聚合物的混合物。以纺丝原液的量为基准，聚合物的用量通常为10～50wt％，优选为15～35wt％。

本发明的溶剂为可以溶解所用聚合物的溶剂，或这些溶剂中的两种或两种以上的混合物。优选溶剂为低沸点溶剂。溶剂可以是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、二甲基亚砜、环丁砜、异丙醇等。以纺丝原液的量为基准，溶剂的用量为50-80wt％。当使用两种或两种以上溶剂的混溶剂的总量可以不变。

本发明中的成孔剂通常为高分子成孔剂或无机成孔剂，或者是两种或两种以上的成孔剂的混合物。成孔剂可以溶解或均匀分散在溶液中。成孔剂可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙二醇、甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其酯类水溶性高分子、聚丙烯酰胺类水溶性高分子等，其中，聚乙二醇的分子量最好为200～20000道尔顿，聚氧乙烯的分子量最好为10万道尔顿或更大，聚乙烯吡咯烷酮的分子量最好为1万～120万道尔顿。有机高分子成孔剂在复合层或基膜纺丝液中的含所述的无机成孔剂为下述一种或多种的混合物：硝酸锂、氯化钠、氯化钙、碳酸钙、硝酸钙、二氧化硅、三氧化二铝、高岭土等。无机成孔剂的粒度小于10微米，其最好为纳米级粒子。以纺丝原液的量为基准，成孔剂的用量可以为2-35wt％，优选为5-25wt％。当使用两种或两种以上成孔剂的混合物时，所用成孔剂的总量可以不变。

纺丝原液中还可以含有适量的非溶剂、表面活性剂等添加剂。