CN102309929A

CN102309929A - 一种异径中空纤维膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102309929A
Application number: CN2010102133480A
Authority: CN
Inventors: 吕晓龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明提供一种异径结构的中空纤维膜及其制备方法。沿长度方向上，中空纤维膜的内、外径周期性变化。在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，优选1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，优选1.2∶1～1∶1.2；粗径的长度为1～10mm，优选2～5mm。

Description

一种异径中空纤维膜及其制备方法

技术领域

涉及空气净化和液体分离的一种异径中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术和装置现已被广泛用于化工、生物、医药、食品、饮料、水处理等工业领域中，是现代技术中重要的一种。膜组件是膜技术和装置的核心部件。它的性能多少和好坏直接表现为膜***或装置性能的优劣。

中空纤维膜组件在单位体积内的膜装填密度最大，用途最为普遍，但中空纤维膜在使用中，由于中空纤维膜丝间相互接触紧密，易抱团、集束、板结，大幅降低分离膜有效过滤面积，而且容易导致膜污染，难以有效清洗恢复膜通量。如在污水处理方面的膜生物反应器中，板结成泥饼，失去过滤作用。为解决现有技术存在的问题，发明了一种异径中空纤维膜，其内、外径沿长度方向周期性变化。这种结构的作用有二：膜丝间在外径大处接触，而在外径小处有空隙，因此膜丝间不易产生紧密接触而板结；内径不同，过滤液体在中空纤维膜管内的流速会周期性变化，类似血液的脉冲式流动，减少膜污染。

发明内容

本发明涉及一种异径中空纤维膜及其制备方法。该异径中空纤维膜内、外径沿长度方向周期性变化。

本发明的异径中空纤维膜，其粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，粗径的长度为1～10mm。

本发明的异径中空纤维膜，其粗径与细径的内径比为1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比1.2∶1～1∶1.2。

本发明的异径中空纤维膜，粗径的长度为2～5mm。

本发明的异径中空纤维膜的制备方法，通过在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。

本发明的异径中空纤维膜的制备方法，芯液脉动机构具体为1)在芯液软管上设置管夹，通过电机的机械传动作用，使管夹脉冲挤压芯液软管；2)脉冲式芯液计量泵。

附图说明

图1为本发明的异径中空纤维分离膜长度方向剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明使用通用中空纤维纺丝机设备制膜，并且在中空纤维芯液管路上串接脉冲机构，使芯液的提供量周期性变化，从而制备出内径、外径不同的异径中空纤维膜。

本发明的膜形状：粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，优选1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，优选1.2∶1～1∶1.2；粗径的长度为1～10mm，优选2～5mm。中空内径粗径d2为0.15～3mm。中空壁厚为0.02～1mm。

适用于本发明的分离膜组件的聚合物材料为常规制中空纤维膜的聚合物，是现有技术中用于制备中空纤维膜的聚合物，例如聚丙烯腈(PAN)、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、醋酸纤维素、聚乙烯醇等，本发明对聚合物的种类没有特别的限制，也可以是改性聚合物、共聚物已经两种或两种以上聚合物的混合物。以纺丝原液的量为基准，聚合物的用量通常为10～50wt％，优选为15～35wt％。

本发明的溶剂为可以溶解所用聚合物的溶剂，或这些溶剂中的两种或两种以上的混合物。优选溶剂为低沸点溶剂。溶剂可以是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、二甲基亚砜、环丁砜、异丙醇等。以纺丝原液的量为基准，溶剂的用量为50-80wt％。当使用两种或两种以上溶剂的混溶剂的总量可以不变。

本发明中的成孔剂通常为高分子成孔剂或无机成孔剂，或者是两种或两种以上的成孔剂的混合物。成孔剂可以溶解或均匀分散在溶液中。成孔剂可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙二醇、甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其酯类水溶性高分子、聚丙烯酰胺类水溶性高分子等，其中，聚乙二醇的分子量最好为200～20000道尔顿，聚氧乙烯的分子量最好为10万道尔顿或更大，聚乙烯吡咯烷酮的分子量最好为1万～120万道尔顿。有机高分子成孔剂在复合层或基膜纺丝液中的含所述的无机成孔剂为下述一种或多种的混合物：硝酸锂、氯化钠、氯化钙、碳酸钙、硝酸钙、二氧化硅、三氧化二铝、高岭土等。无机成孔剂的粒度小于10微米，其最好为纳米级粒子。以纺丝原液的量为基准，成孔剂的用量可以为2-35wt％，优选为5-25wt％。当使用两种或两种以上成孔剂的混合物时，所用成孔剂的总量可以不变。

纺丝原液中还可以含有适量的非溶剂、表面活性剂等添加剂。

非溶剂为甘油、乙二醇、丁二醇或丙二醇等低分子多元醇类；甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇等醇类或水，也可以为上述物质中的两种或两种以上的混合物。以纺丝原液的量为基准，非溶剂的用量为0.5-10wt％，最好为0.5-5wt％。当使用两种或两种以上非溶剂的混合物时，所用非溶剂的总量可以不变。

表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性型表面活性剂或非离子表面活性剂。如十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、琥珀酸二异辛酯磺酸钠、十二烷基二甲基苄氯化钠、十六烷基三甲基溴化钠、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基氨基丙酸钠、仲辛醇氧乙烯醚、聚氧乙烯蓖麻油、山梨醇酐硬脂酸酯氧乙烯醚、十二烷基氨基磺酸钠、含氟表面活性剂、土温-20、土温-80等，或它们中的两种或两种以上的混合物。以纺丝原液的量为基准，表面活性剂的用量为0.005wt％-5wt％，最好为0.02wt％-2wt％。当使用两种或两种以上表面活性剂的混合物时，所用表面活性剂的总量可以不变。表面活性剂依其种类不同在上述纺丝原液中的加入量也不同，如通常非离子型表活性剂加入量最好为1～2wt％，含氟表面活性剂加入量最好为0.05～0.5wt％。

纺丝液中还可加入助溶剂，如二氧六环、丁酮等，以调整纺丝液的溶解状态。助溶剂作为溶剂的一部分，在其中任一种纺丝液中的总含量均为1～4wt％。

纺丝芯液为现有技术中用于制备中空纤维膜的纺丝芯液，如水、压缩空气、煤油等。

芯液管路上串接脉冲机构；1、在芯液软管上设置管夹，通过电机的机械传动作用，使管夹脉冲挤压芯液软管；2、脉冲式芯液计量泵，如蠕动泵等。

成膜方法：可以采用溶液相转移方法、热致相转移方法等中空纤维膜常用的成膜方法。纺丝时，凝固浴槽和清洗槽中的液体为常用的凝固和清洗纺丝物的液体，依据纺丝工艺的不同洗提要求，可以是水、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等。

用途：可以用于制备内压式中空纤维膜和外压式中空纤维膜。

优点：

1、由于中空纤维膜的外径不同，膜丝间难以紧密接触，难以板结，克服中空纤维膜丝在使用中的膜丝粘连积泥问题。

2、膜丝之间容易均匀排布，有利于在使用时，使气体和液体在膜丝周围均匀分布。

3、由于中空纤维膜的内径不同，内压式使用时，产生类似动物血管的脉冲流动输送作用，可以减缓膜污染。

实施例1：将二甲基乙酰胺(韩国三星，工业一级纯，下同)63wt％、聚偏氟乙烯树脂(Solef 6010，下同)21wt％、聚乙二醇5wt％、丙二醇11wt％，在100℃下搅拌溶解均匀，脱泡。采用现有技术中常规的溶液相转移纺丝方法，在芯液管上安置管夹，通过电机传动机构，使管夹周期性挤压芯液软管，纺制异径中空纤维膜。凝固浴中凝固剂为水，中空孔芯液为水，纺丝牵引速度为32m/min。得到异径聚偏氟乙烯中空纤维膜，中空孔内径细径0.60mm，粗径0.70mm。

实施例2：通过蠕动式泵供给芯液，其它同实施例1。利用蠕动泵的流体脉冲作用，纺制异径中空纤维膜。凝固浴中凝固剂为水，中空孔芯液为水，纺丝牵引速度为32m/min。得到异径聚偏氟乙烯中空纤维膜，中空孔内径细径0.60mm，粗径0.70mm。

Claims

1.一种有异径结构的中空纤维膜，沿长度方向上，中空纤维膜的外径和内径周期性变化。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜，粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，粗径的长度为1～10mm。

3.根据权利要求2所述的中空纤维膜，粗径与细径的内径比为1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比1.2∶1～1∶1.2，粗径的长度为2～5mm。

4.权利要求1～4任一权利要求所述中空纤维膜的制备方法：通过在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。

5.根据权利要求5所述的制备方法，芯液脉动机构为1)在芯液软管上设置管夹，通过电机的机械传动作用，使管夹脉冲挤压芯液软管；2)脉冲式芯液计量泵。