[发明专利]一种电致热中空纤维膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种电致热中空纤维膜的制备方法，包括：S1，将纤维和焦耳热元件编织成中空编织管，并以该中空编织管作为电致热中空纤维膜的增强体；S2，将含氟聚合物、无机纳米粒子和有机溶剂经水浴加热、机械搅拌均匀后配制成含氟聚合物溶液，脱泡后得到涂覆液；S3，制备中空纤维膜：采用共挤出纺丝工艺，将中空编织管和涂覆液经环形喷丝头共挤出，使涂覆液均匀涂覆在中空编织管的表面，纺丝速度为0.60‑0.96m·min^‑1，纺丝温度为65‑75℃，经过6‑10cm的空气浴后进入15‑35℃的凝固浴中，充分固化后得到中空纤维膜；S4、将制得的中空纤维膜放入蒸馏水中浸泡36‑48h，除去残留溶剂，冷冻干燥后得到所述电致热中空纤维膜。该方法操作简单、能耗低、膜蒸馏效率高。

技术领域

本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种电致热中空纤维膜的制备方法、电致热中空纤维膜及其应用。

背景技术

Bodell于1966年申请了膜蒸馏专利，在专利申请中，他将膜蒸馏描述为“一种将不可饮用水溶液转化为可饮用水的装置和技术”。在膜蒸馏过程中，微孔疏水膜一侧与被加热的水溶液接触，膜的疏水性使水溶液无法向膜孔内渗透，并在每个膜孔的入口处形成气液界面。在气液界面处，易挥发物质(一般是水)蒸发、扩散或对流透过膜，并在系统另一侧(透过液或馏出液)被冷凝或脱除。膜蒸馏推动力的本质加上膜的疏水性至少在理论上保证了对非挥发性溶质如大分子、胶体、离子等100％的截留。此外，不同于反渗透技术，浓差极化现象对其影响较小。膜蒸馏能耗低、截盐率高、操作条件要求低等优点使其具有很好的应用前景。然而，在膜蒸馏过程中，由于热边界层阻力的存在，使得主体溶液和发生气液转化的膜表面之间产生温度差；此外，主体溶液/膜界面处水的蒸发也使得膜表面温度下降，两个原因形成温度极化，导致实际传质推动力减小，渗透通量下降，热效率降低。

目前，国内外的研究主要通过太阳能给改性后的膜表面进行加热来抑制温度极化。例如，Antonio Politano在用非溶剂致相分离法(NIPS)制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜的过程中引入具有紫外光致热效应的Ag纳米粒子，然后将负载有纳米Ag的PVDF分离膜用于膜蒸馏过程中，取得不错的效果(Advanced Materials.DOI:10.1002/adma.201603504)。然而，实验采用紫外光致热导致能耗较高。除此之外，紫外光透过料液到达膜表面，强度会被削弱，使得致热效率较差。

通过电致热来集中提高膜表面温度的研究还未见报道。焦耳热是物理效应，电流在流经电阻时，会产生热能，电流转化为热能的过程称为焦耳热。焦耳加热有许多实际用途，应用于生活的方方面面，例如白炽灯泡发光、用作电熔丝、给食品加热等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种电致热中空纤维膜的制备方法，以抑制膜蒸馏中出现的温度极化现象。

本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的电致热中空纤维膜。

本发明的又一目的是提供一种上述电致热中空纤维膜的应用。

为此，本发明的技术方案如下：

一种电致热中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备掺杂有焦耳热元件的编织管：采用二维编织技术将纤维和焦耳热元件编织成中空编织管，并以该中空编织管作为电致热中空纤维膜的增强体，其中：

所述纤维为疏水聚合物纤维，具有优异疏水性能；所述焦耳热元件为能够低电压通电发热的电阻丝；

所述纤维和焦耳热元件的编织比例为(23-24)：1；

所述纤维的线密度为65-75tex/24f，编织节距为0.8-1.2mm；