[发明专利]中空纤维膜

说明书

提供了一种用于真空膜蒸馏的中空纤维膜，所述中空纤维膜的最大拉伸强度≥3.5MPa并且液体进入压力(LEP)≥3.0巴，其中，所述中空纤维膜是单层中空纤维膜，所述单层中空纤维膜包括壁和横截面，所述壁的厚度≤150μm，所述横截面包括两个开孔层和位于所述两个开孔层之间的大孔层，所述开孔层具有互连的孔的阵列。所述中空纤维具有提高的机械强度和真空膜蒸馏通量。

技术领域

本发明涉及中空纤维膜，尤其涉及用于真空膜蒸馏的中空纤维膜。

背景技术

水短缺和淡水不足是重要的全球性问题，尤其是在偏僻和干旱的地区。随着快速的人口增长、严重的水污染和气候变化，这种情形更加恶化。由于地球上约97％的水是海水，提供淡水(例如通过脱盐)有着巨大的潜力。

多级闪蒸(MSF)和海水反渗透(SWRO)是脱盐工厂中使用的普遍方法。然而，这些方法消耗大量的能量并且依赖于矿物燃料。因此，需要用更少的能量并且以更低成本生产淡水的改良的脱盐方法。这样的方法的一个示例是膜蒸馏(MD)，膜蒸馏具有：温和的操作条件；理论上100％无盐；与低等级热源和再生能源相关联的能力；以及对于小规模和小众应用的灵活性。

具体地，MD是基于汽液平衡的热动力过程。MD过程的驱动力是进料侧和渗透侧之间的分压差。MD的一个示例是真空膜蒸馏(VMD)，真空膜蒸馏的优点是具有更高的膜通量和更好的热效率。由于VMD中施加的真空，水蒸汽被立即吸引至渗透侧。这不仅加强了蒸汽运输，而且有效地减少了传质边界层。同时，由于膜孔是真空的，膜的传热系数达到最低。与其他MD方法相比，所有这些效果均有助于在VMD中获得更高的通量和更好的热效率。

在MD中使用的膜对确定MD过程的效率起到重要的作用。微孔聚偏二氟乙烯(PVDF)膜已经被广泛地采用于MD应用中。对于MD应用，已经开发了具有高MD渗透通量的各种高性能PVDF中空纤维膜。然而，由于这些中空纤维膜的机械强度差并且液体进入压力(LiquidEntry Pressure，LEP)值低，这些中空纤维膜不适用于实际的MD应用。缺乏专门为MD过程设计的合适的膜已经限制了其在脱盐中的应用。

因此需要一种用于MD过程的改良的膜。

发明内容

本发明致力于解决这些问题，和/或致力于提供一种改良的中空纤维膜。

概括地说，本发明涉及尤其适用于膜蒸馏过程(例如但不限于真空膜蒸馏)的中空纤维膜。本发明的中空纤维膜具有良好的机械强度、抗润湿性和LEP，并且还表现出期望的膜蒸馏通量。

根据第一方面，本发明提供一种用于真空膜蒸馏的中空纤维膜，所述中空纤维膜的最大拉伸强度≥3.5MPa并且液体进入压力(LEP)≥3.0巴，其中，所述中空纤维膜是单层中空纤维膜，所述单层中空纤维膜包括壁和横截面，所述壁的厚度≤150μm，所述横截面包括两个开孔层(open cell layer)和位于所述两个开孔层之间的大孔层(macrovoidlayer)，所述开孔层具有互连的孔的阵列。

所述中空纤维膜可以包括在其外侧上的外表面和在其内侧上并且面向其内腔的内表面。所述中空纤维膜可以在其内表面上和/或在其外表面上具有连续的表层，其中在所述内表面的表层中和/或在所述外表面的表层中可以形成有孔。

所述中空纤维膜可以具有适宜的孔隙度。例如，所述中空纤维膜的孔隙度可以≥60％。具体地，所述中空纤维膜的孔隙度可以≥70％。

所述中空纤维膜还具有期望的真空渗透通量。根据具体的方面，所述中空纤维膜以60℃海水进料的真空渗透通量≥8kg/m²h。

所述中空纤维膜可以具有实质上圆形的横截面。