[发明专利]一种梯度孔隙结构的中空纤维膜

说明书

本发明公开了一种梯度孔隙结构的中空纤维膜，所述梯度孔隙结构的中空纤维膜由热塑性纳米纤维包埋中空纤维膜形成，以中空纤维膜为芯层结构，热塑性纳米纤维作为皮层结构包覆于中空纤维膜表面，且热塑性纳米纤维层的孔径大小大于中空纤维膜壁层的孔径大小，整体在纵向上呈梯度分布；本发明通过将中空纤维膜浸入含有交联剂的热塑性纳米纤维悬浮液中，使中空纤维膜表面均匀包覆热塑性纳米纤维层，不仅增加了中空纤维膜的比表面积和水通量，改善其过滤效率，同时提高了中空纤维膜的强度和抗污染能力，延长其使用寿命，从而制得得一种性能优异的梯度孔隙结构的中空纤维膜，且制备工艺简单、易于控制、成本较低，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及中空纤维膜改性领域，特别是涉及一种梯度孔隙结构的中空纤维膜。

背景技术

中空纤维膜是一种具有自支撑作用的纤维状膜，是膜分离技术的一个重要方面，与其他分类膜相比，具有体积小、自支撑能力强、装填密度大等优点，因此被广泛应用于化工、环保、医药、生物、轻纺等领域，而其在污水处理领域中的应用尤为重要，对解决水污染和水资源短缺的问题具有重要意义。中空纤维膜在污水处理中主要作为过滤膜使用，随着其使用率的增加，膜表面逐渐粘连一些水中杂质，同时与处理物料中的胶体、微粒或溶质大分子等发生物理化学作用，引起膜表面吸附沉积胶体、微粒或溶质大分子，造成膜孔堵塞、膜通量下降，形成膜污染，既影响了污水处理效果，又降低了膜的使用寿命，增加了操作成本。因此，膜污染问题已成为制约中空纤维膜技术进一步发展的重要问题，对膜改性势在必行。

当前膜改性主要是针对膜表面进行，常用的改性方法包括表面接枝改性、表面化学改性和表面物理涂覆改性等。其中，表面接枝改性是采用物理或化学的方法对膜表面进行处理，使其产生反应活性点，并与功能性高分子或单体进行接枝反应，从而在表面形成功能性接枝层，提高膜的亲水性，但该方法较难控制，接枝率不高，且容易产生堵孔现象，影响过滤效果；表面化学改性则是通过添加化学试剂对膜进行官能团改性，提高分离膜的亲水性和抗污能力，但过程中会产生大量废液，对环境造成一定污染；而表面物理涂覆改性是通过物理吸附在膜表面固定表面改性剂，该方法操作简单、效果显著，但在使用过程中表面改性剂易于流失，持久性不足。与这些方法相比，选择合适的材料与中空纤维膜进行复合，既不用引入大量化学试剂带来污染，也不容易产生流失，是较为理想的改性方法，而其改性效果则与复合材料的选择和制备方法密切相关。

由于纳米纤维膜具有孔径小、孔隙率高、直径小、比表面积大、质量轻，且容易进行功能改性等独特的优点，可以用于对中空纤维膜的改性。公开号为CN109046040A的专利申请公开了一种基于纳米纤维的梯度过滤膜材料及其制备方法，该方法通过在非织造材料表面涂覆多层孔径结构不同的纳米纤维亚层，获得具有不同过滤功能的梯度过滤膜材料，但该方法是针对平板膜进行，而平板膜相对中空纤维膜本就具有更好的抗污染性能，但由于平板膜结构相对复杂，成本较高，当前应用率较低，而对使用率更高的中空纤维膜来说，使其具有同样的抗污染能力具有更高的难度和更重要的意义，且简单的涂覆并不能使纳米纤维在中空纤维膜上均匀分布，因此，仍需对其在中空纤维膜上的应用进行研究。

公开号为CN106110903A的专利申请公开了一种纳米纤维支撑改性中空纤维膜的方法，通过采用高压静电纺丝法制备有机纳米纤维材料作为支撑体，并使其嵌在膜材料中作为支撑体，从而有效解决无机纳米颗粒易脱落流失的问题，并改善了中空纤维膜的性能。但由于该方法中添加的纳米纤维主要用于支撑中空纤维膜，而对中空纤维膜的表面的防护不足，其制得的中空纤维膜的抗污染能力仍然有待加强。因此，仍需寻求更合适的方法对中空纤维膜进行改性，以提高其使用性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种梯度孔隙结构的中空纤维膜，通过在中空纤维膜表面包覆热塑性纳米纤维层，形成具有一定梯度的孔隙结构，不仅增加了中空纤维膜的比表面积和水通量，改善其过滤效率，同时提高了中空纤维膜的强度和抗污染能力，延长其使用寿命，从而获得一种性能优异的梯度孔隙结构的中空纤维膜。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：