[发明专利]多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔膜及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种具有提高的透水率和断裂伸长率，以及高机械强度和杂质脱除率的多孔膜，以及其制备方法。

背景技术

使用过滤膜的分离方法相对于基于加热或相转变的分离方法具有许多优势。由于通过调节过滤膜的孔的尺寸可以容易地并稳定地得到期望纯度的水，水处理的高可靠性为所述优势之一。另外，由于使用过滤膜的分离方法不需要加热过程，所述膜可以与有益于分离过程但可能受到热的不利影响的微生物一起使用。

所述分离方法可以包括平板型膜和中空纤维膜。由于中空纤维膜组件通过一束中空纤维膜进行分离过程，就用于分离过程的有效面积而言，其更优于平板型膜。

通常，中空纤维膜已广泛用于获得无菌水、饮用水、超纯水等的微滤和超滤领域中。然而近来，中空纤维膜的应用正扩展至包括废水处理、化粪池中固-液分离、工业废水中悬浮固体(SS)的去除、河水的过滤、工业用水的过滤和游泳池用水的过滤。

中空纤维膜可以划分为复合膜和单层膜，复合膜用聚合物树脂膜涂覆聚酯或聚酰胺纤维织造的管状编织物而制备；单层膜仅用聚合物树脂制备而无需诸如管状编织物的强化膜。

由于复合膜包含作为强化膜的管状编织物，其具有相对好的机械性能(强度和伸长率)。然而，由于管状编织物的材料不同于涂覆于其上的膜的材料，它们的粘合强度较弱。因此，如果物理冲击(如来自曝气清洗的气泡冲击)不断地施加至复合膜，管状编织物和涂覆至其上的膜可能彼此分离，通过水处理获得的滤液的质量可能降低。另外，由于管状编织物的厚度，不可能将复合膜的总厚度降低至某一数值以下，这使得就有效过滤面积而言，复合膜更加不利。鉴于这些原因，目前对单层膜的研究比对复合膜的研究更活跃。

一般来讲，单层膜可以通过NIPS(非溶剂致相分离)或TIPS(热致相分离)来制备。

根据NIPS，单层膜通过使用包括以下步骤的方法制备：通过在良溶剂中溶解聚合物树脂制备纺丝溶液；通过喷丝头挤出所制备的纺丝溶液；以及使挤出的纺丝溶液与包含非溶剂的溶液接触以诱导该纺丝溶液的凝结。

根据NIPS制备的多孔膜具有的机械强度不足，因为其具有包含大孔的不对称的海绵结构。由于机械强度低，所述多孔膜不能满足本技术领域通常要求的0.5以下的密实指数。即，如果一定水平的压力施加至所述多孔膜，所述膜严重收缩，使得其孔扭曲并最终堵塞。因此，所述多孔膜的透水率变得相当低。此外，由于其较大的标称孔径，根据NIPS制备的多孔膜具有对杂质脱除率低的问题。

本发明所用术语“大孔”指其外接圆的直径为50m以上的孔，本发明所用术语“海绵结构”指固体的三维网状结构。海绵结构具有由构成网状结构的固体彼此分隔开的孔。

另一方面，按照TIPS，单层膜通过使用包括以下步骤的方法制备：在相分离温度以上的温度下，在不良溶剂中强力溶解聚合物树脂而制备纺丝溶液，通过喷丝头挤出所制备的纺丝溶液；以及使挤出的纺丝溶液与温度在相分离温度之下的冷却溶液接触，使纺丝溶液凝结。

如图1所示，根据TIPS制备的多孔膜不包括大孔并且具有在膜厚度方向上对称的对称球珠结构。因此，就机械强度和杂质脱除率而言，根据TIPS制备的多孔膜比根据NIPS制备的多孔膜更有利。

本发明所用术语“球珠结构”指包括多个球状微晶的结构，即球形或类似球形的固体，其彼此直接连接或通过杆状固体彼此间接连接。本发明所用术语“对称球珠结构”指在膜的外部和内部基本上无差别的球珠结构。

尽管球珠结构具有前述优点，然而，根据TIPS制备的多孔膜由于其致密结构(球珠结构的典型特征)没有有竞争力的透水率和断裂伸长率。低透水率降低了多孔膜的过滤能力，低断裂伸长率提高了防止膜污染的曝气清洗过程中膜被破坏的风险。

发明内容

技术问题

因此，本发明涉及一种多孔膜及其制备方法，所述方法能够防止相关领域的这些局限性和缺点。

本发明的一个方面是提供一种具有提高的透水率和断裂伸长率，以及高机械强度和杂质脱除率的多孔膜。

本发明的另一个方面是提供一种制备多孔膜的方法，所述多孔膜具有提高的透水率和断裂伸长率，以及高机械强度和杂质脱除率。

本发明的其他优势、目的和特点将部分地在随后的说明书中说明，部分在本领域技术人员在对以下进行检验时是显而易见的，或者可以通过本发明的实践获知。本发明的目的和其他优势可以通过其书面的说明书和权利要求书中特别指出的结构来实现并获得。

技术方案