一種增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中空纖維超濾膜，尤其涉及一種增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離自出現(xiàn)以來短短幾十年間已在國民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在當(dāng)前水環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，膜分離用于污水的處理更加迫切，既可以減少污染物的排放，又能回收有用的水資源。應(yīng)用于污水處理的膜大部分是中空纖維超濾膜，因其膜絲纖細(xì)，單位體積內(nèi)的填裝面積大，水通量大，成本低而廣泛應(yīng)用，如MBR膜片，中水回用超濾膜組件等。但中空纖維超濾膜在使用中有個(gè)致命的缺點(diǎn)就是在不斷地正沖洗、反沖洗、化學(xué)清洗和曝氣擦洗后容易斷絲，一旦斷絲，膜過濾就會(huì)短路，有部分污水就從斷裂開的膜絲口流出，造成出水水質(zhì)下降，甚至嚴(yán)重時(shí)造成整個(gè)水處理系統(tǒng)的崩潰，也因此問題嚴(yán)重影響了超濾膜的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
[0003]中空纖維超濾膜使用中容易斷絲與中空纖維超濾膜的特性所決定的，中空纖維超濾膜為了提高裝填密度，一般膜絲的外徑在1.8mm以下，為了降低透膜壓差，壁厚在0.4mm以下，并且盡量大地在膜壁上生成大量的過濾微孔，就象海棉結(jié)構(gòu)，這樣的一根膜絲很細(xì)，很薄，很弱，在使用過程中受水壓的反復(fù)沖擊，就容易造成膜絲的破損甚至斷裂。
[0004]所以，用戶期盼著超強(qiáng)的中空纖維超濾膜的出現(xiàn)，以解決當(dāng)前普遍存在的斷絲問題，以延長膜的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)性。在改善斷絲方面，也有些膜廠家在嘗試多種加強(qiáng)的方法，如專利201310526912.8中是通過有在膜內(nèi)部襯有纖維管的方法，但該方法成本高，涂覆的膜壁容易與內(nèi)支撐層脫離的問題。也有的在聚氯乙烯(PVC)內(nèi)部加長纖維來增強(qiáng)膜絲拉斷強(qiáng)度的辦法，如專利201010205194.0，但是該專利僅限于膜材料為聚氯乙烯(PVC)，而聚氯乙烯因其材料本身疏水性強(qiáng)，抗污染性差，耐余氯的氧化性差，韌性不夠等原因，很少應(yīng)用在污水處理中，所以市場上急需一種既能用于污水處理的，雙不易斷絲的一種中空纖維超濾膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種鑄膜液，用于中空纖維超濾膜，能提高中空纖維超濾膜的強(qiáng)度和通量；本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，具有高強(qiáng)度和高通量，不易斷絲；本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種鑄膜液，按照重量百分比計(jì)，其組成包括:聚偏氟乙烯13?18%、親水劑I?5%、高分子成孔劑4?10%和溶劑67?82%。
[0007]優(yōu)選地，所述聚偏氟乙稀的分子量為40?80萬道爾頓。
[0008]優(yōu)選地，所述親水劑為吐溫、環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷共聚物、納米二氧化硅、納米三氧化二鋁中的一種或幾種。
[0009]優(yōu)選地，所述高分子成孔劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)選地，所述溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，所述增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的中空纖維內(nèi)外表面有一薄膜，所述薄膜由本發(fā)明第一個(gè)方面所述的鑄膜液經(jīng)凝固、漂洗、浸泡得到。
[0012]其中，所述增強(qiáng)纖維為玻璃纖維、滌綸、腈綸、聚脂、尼龍中的一種或幾種，纖維的結(jié)構(gòu)為長纖維。
[0013]優(yōu)選地，每根增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的增強(qiáng)纖維的束數(shù)是I?8根。
[0014]優(yōu)選地，所述中空纖維膜的內(nèi)徑為0.4?2.2mm，外徑為0.7?3.2mm。
[0015]本發(fā)明的第三個(gè)方面是提供本發(fā)明第二個(gè)方面所述的增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備方法，包括以下步驟:
[0016]步驟I，配制鑄膜液:將鑄膜液各組分在40?80°C下充分?jǐn)嚢杌靹??18小時(shí)，然后脫除氣泡；將增強(qiáng)纖維用有機(jī)溶劑進(jìn)行表面預(yù)處理，所述有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或二者的混合物；
[0017]步驟2，將預(yù)處理后的增強(qiáng)纖維和鑄膜液同時(shí)經(jīng)過噴絲頭擠出，經(jīng)過一段空氣隙后，進(jìn)入凝固浴中凝固成型，其中，噴絲頭芯液流量為I?40ml/min，紡絲速度為2?25m/min,空氣隙距離為10?50cm，凝固浴中溫度為18?50°C，凝固浴由質(zhì)量比為O?30: 70?100的二甲基乙酰胺和水配制而成；
[0018]步驟3，水漂洗，10?50%甘油水溶液浸泡，既得。
[0019]優(yōu)選地，步驟3中，水漂洗4?24h，10?50%甘油水溶液浸泡4?24h。
[0020]采用本發(fā)明提供的鑄膜液用于制備增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，能大大提高中空纖維超濾膜的拉斷強(qiáng)度從而延長了膜的使用壽命，同時(shí)，不必為了增強(qiáng)膜絲強(qiáng)度而提高鑄膜液的固含量造成膜透水量的減少，從而能更好的應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。
[0021]說曰月書附圖
[0022]圖1為本發(fā)明增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備示意圖，
[0023]其中，1-反應(yīng)蓋，2-料液計(jì)量泵，3-預(yù)處理槽，4-增強(qiáng)纖維，5-芯液罐，6_芯液計(jì)量泵，7-噴絲頭，8-凝固槽，9-洗槽，10-繞絲輪。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種鑄膜液，按照重量百分比計(jì)，其組成包括:聚偏氟乙烯13?18%、親水劑I?5%、高分子成孔劑4?10%和溶劑67?82%。所述聚偏氟乙烯的分子量優(yōu)選為40?80萬道爾頓。所述親水劑優(yōu)選為吐溫、環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷共聚物、納米二氧化硅、納米三氧化二鋁中的一種或幾種。所述高分子成孔劑優(yōu)選為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。所述溶劑優(yōu)選為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0025]本發(fā)明還提供一種采用上述鑄膜液制備而成的增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，所述增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的中空纖維內(nèi)外表面有一薄膜，所述薄膜由上述鑄膜液經(jīng)凝固、漂洗、浸泡得到。其中，所述中空纖維為玻璃纖維、滌綸、腈綸、聚脂、尼龍6中的一種或幾種，纖維結(jié)構(gòu)為長纖維。每根增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜絲中的增強(qiáng)纖維的束數(shù)優(yōu)選為I?8根。所述中空纖維膜絲的內(nèi)徑優(yōu)選為0.4?2.2mm，外徑優(yōu)選為 0.7 ?3.2mm。
[0026]參照圖1，所述增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜采用下述方法制備而成:
[0027]將鑄膜液各組分加入到反應(yīng)釜I中，在40?80°C下充分?jǐn)嚢杌靹??18小時(shí)，然后脫除氣泡；將增強(qiáng)纖維4繞經(jīng)預(yù)處理槽3中的有機(jī)溶劑進(jìn)行表面預(yù)處理，所述有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或二者的混合物；
[0028]鑄膜液經(jīng)料液計(jì)量泵2計(jì)量后，與預(yù)處理后的增強(qiáng)纖維4同時(shí)經(jīng)過噴絲頭7 —起擠出，經(jīng)過一段空氣隙后，進(jìn)入凝固槽8中的凝固浴中凝固成型，其中，噴絲頭芯液流量為I?40ml/min，紡絲速度為2?25m/min，空氣隙距離為10?50cm，凝固浴中溫度為18?50°C，凝固浴由質(zhì)量比為O?30: