[发明专利]一种中空纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：（1）选择山梨醇、甲氨酸、甘氨酸、高氯酸、一乙醇胺、二乙醇胺、2‑甲基咪唑啉、膦酸中的三种以上组分混合作为非溶剂添加剂；（2）选择N‑甲基‑2‑吡咯烷酮（NMP）或N，N‑二甲基乙酰胺（DMAc）或N，N‑二甲基甲酰胺（DMF）作为铸膜液和芯液的溶剂；（3）将PVDF、溶剂、非溶剂添加剂混合，在60℃下加热搅拌溶解，完毕后真空抽气脱泡处理，作为铸膜液；（4）纺丝过程：采用去离子水作为外部凝固浴，将水、溶剂、非溶剂添加剂按重量比为90:8:2混合配制成芯液，用喷丝头进行纺丝。采用本发明制备的PDVF中空纤维膜富含海绵状孔，本发明可显著减少指状孔道的生成，很好地改善了PDVF中空纤维膜的结构特征。

技术领域

本发明涉及一种富含海绵状孔中空纤维膜的制备方法，属于中空纤维膜技术领域。

背景技术

膜接触吸收是一种新型的高效吸收分离方法，其基本原理是以中空纤维膜作为气-液接触界面，将气体中溶质传质转移到吸收液中。由于中空纤维膜的直径可以做得很小（在0.5～1.0mm范围），使得中空纤维膜的填充密度很大，这样能在单位空间体积内形成巨大的吸收液-气体接触面积，而且要比常规吸收塔器中的填料所形成的气液接触面积高出一到两个数量级，从而大幅度提高吸收传质速率，可使吸收效果得到强化。这种吸收分离方式在CO₂、SO₂、H₂S等酸性气体吸收分离领域中尤其具有显著的发展前景。

在膜接触吸收过程中，目前普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）作为制备膜的主要高分子材料，该材料具有很好的疏水性、机械强度、抗高温作用等性能。现有技术中，在中空纤维膜的制备过程中，采用湿式相转移工艺，通过将溶解在有机溶剂中的PVDF与水接触后，由于溶剂转移到水相，使得被溶剂溶解的PVDF转变为固相，形成中空纤维膜的薄壁。在此过程中，溶解在溶剂中的非溶剂添加剂挥发使PVDF膜壁中出现微小孔道的作用，从而使中空纤维膜的薄壁横截面上具有大量的微小孔道来作为气体进行扩散传质的通道。由于中空纤维膜薄壁截面上的微小孔道结构对膜接触吸收性能有重要影响，而在现有技术的制膜方法中多采用氯化锂作为制孔剂，如图2所示，采用该材料用作制孔剂时使得中空纤维膜薄壁截面上出现大量的指状孔，该类型孔的结构特点是类似手指头形状，孔道直径偏大，会使吸收液进入该孔道内，从而破快了膜接触吸收要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可制备富含海绵状孔的PVDF中空纤维膜的制备方法，以解决现有技术的中空纤维膜的制备方法制备出的中空纤维膜薄壁截面孔道直径偏大的技术问题。

本发明采用如下技术方案：一种中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：（1）选择山梨醇、甲氨酸、甘氨酸、高氯酸、一乙醇胺、二乙醇胺、2-甲基咪唑啉、膦酸中的三种以上组分混合作为非溶剂添加剂；（2）选择N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）或N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）或N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作为铸膜液和芯液的溶剂；（3）将PVDF、溶剂、非溶剂添加剂混合，在60℃下加热搅拌溶解，完毕后真空抽气脱泡处理，作为铸膜液；（4）采用去离子水作为外部凝固浴介质，将水、溶剂、非溶剂添加剂按重量比为90:8:2混合配制成芯液，再用喷丝头进行纺丝；（5）纺丝过程：将铸膜液和芯液连续地压入喷丝头的铸膜液接口和芯液接口，将凝固浴介质倒入位于喷丝头下面的水槽中，芯液从喷丝口的圆形喷口流出，铸膜液从喷丝口的环形喷口流出，形成一股中心为芯液、外包裹铸膜液的液体，该液体流入水槽中，铸膜液中的溶剂与水交换，同时铸膜液内侧与芯液进行溶剂交换，从而获得圆形薄壁的中空纤维膜。

步骤（1）中的组分在非溶剂添加剂中的重量比范围为：山梨醇15～25%、甲氨酸10～30%、甘氨酸10～20%、高氯酸25～60%、一乙醇胺5～20%、二乙醇胺5～20%、2-甲基咪唑啉5～20%、膦酸25～60%。

步骤（3）中，铸膜液中采用的PVDF的分子量为80～100万， 在铸膜液中PVDF、溶剂、非溶剂的重量比范围为15～20%：60～80%：5～15%。