[发明专利]一种中空纤维膜，所述膜的生产方法与用途

说明书

【技术领域】

本发明涉及废水处理技术领域，更具体地，本发明涉及一种亲水性的聚偏氟乙烯/磺化聚苯醚中空纤维膜，所述膜的生产方法与用途。

【背景技术】

膜分离过程正在取代传统的分离过程，广泛地应用于气体和液体的分离，特别是用于市政污水处理，还用于化工、食品、医药、电子等工业领域的废水处理。高分子材料因其品种多、易加工、性能优良已成为主要的膜材料。通常用于制膜的高分子材料有二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚砜、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。不同的应用领域对膜性能提出了不同的要求，在市政污水或其它废水处理中，既要求膜的耐腐蚀性、强度，又要求膜具有一定的亲水性。聚偏氟乙烯(PVDF)有很好的耐腐蚀性和较高的强度，但亲水性较差。通过与亲水性聚合物混合是一种简单而有效的改善膜亲水性能的方法。文献中报道用于亲水改性的聚合物有聚丙烯腈(PAN)、磺化聚砜(SPS)、醋酸纤维素(CA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，关于PVDF与磺化聚苯醚共混虽然已有文献报道，但仅限于制备燃料电池用的质子交换平板膜(US5989742和6103414，CN 96199414.2)。由于市政污水或其它废水处理复杂，条件变化大，对膜的要求远高于燃料电池，所以，本发明人经过大量试验研究，终于做出了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提出一种亲水性的聚偏氟乙烯/磺化聚苯醚中空纤维膜，这种膜既具有聚偏氟乙烯的强度和耐腐蚀性，又具有磺化聚苯醚的亲水性。

本发明的另一个目的是提出一种所述膜的生产方法。

本发明的另一个目的是提出所述膜在市政污水及工业废水处理和深度处理中的用途。采用本发明膜处理的废水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB189.8-2002)》中的景观用水标准，及《城市污水再生利用(GB/T18920-2002)》中的景观用水标准。

[技术方案]

本发明涉及一种中空纤维膜，该膜是由聚偏氟乙烯与磺化聚苯醚共混聚合物组成的，该共混聚合物中聚偏氟乙烯与磺化聚苯醚的质量比是2∶1-50∶1。

优选地，该共混聚合物中聚偏氟乙烯与磺化聚苯醚的质量比是2∶1-20∶1。

该膜断面为双皮层海绵状结构，其中空纤维外径0.2-3毫米、壁厚0.05-1毫米、该膜的孔隙率55-85％，平均孔径0.005-0.5微米，破裂强度0.1-1MPa，在0.1MPa与25℃的条件下，测试纯水通量为100-200L/m².h。

本发明涉及一种中空纤维膜的生产方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

a)使用溶剂制备10-40重量％聚偏氟乙烯溶液；

b)使用溶剂制备5-50重量％磺化聚苯醚溶液；

c)将上述a)制备的溶液与b)制备的溶液混合得到一种混合溶液，并使该混合溶液中的聚偏氟乙烯与磺化聚苯醚的质量比为2∶1-50∶1；

d)使用溶剂制备含有成孔剂和表面活性剂的溶液，然后把得到的溶液添加到上述c)制备的混合溶液中制成一种纺丝液，并使纺丝液中聚偏氟乙烯和磺化聚苯醚的总浓度为15-25重量％，成孔剂的浓度为0-20重量％，表面活性剂的浓度为0-1重量％；

e)使用非溶剂或非溶剂与溶剂的混合物制备芯液，其中所述的非溶剂与溶剂质量比为100∶0到10∶90；

f)使用非溶剂或非溶剂与溶剂的混合物制备凝固浴，其中所述的非溶剂与溶剂质量比为100∶0到10∶90；

g)采用干-湿纺丝法，在干纺程1-15cm、所述纺丝液的温度20-90℃、所述芯液和凝固浴温度20-90℃的条件下，使用上述e)制备的芯液与上述f)制备的凝固浴，将上述d)得到的纺丝液制备得到所述的中空纤维膜，该膜中聚偏氟乙烯与磺化聚苯醚的质量比是2∶1-50∶1，该膜断面为双皮层海绵状结构，其中空纤维外径0.2-3毫米、壁厚0.05-1毫米、该膜的孔隙率55-85％，平均孔径0.005-0.5微米，破裂强度0.1-1MPa。

本发明采用的干-湿法纺丝法是利用相转移成孔机理。相转移成孔是基于高分子溶液的相分离原理：高分子溶液是由聚合物和溶剂组成的均相体系。当高分子溶液和非溶剂接触时，非溶剂与高分子溶液中的溶剂进行交换，非溶剂扩散进入高分子溶液中，聚合物的溶解度降低，高分子溶液会发生相分离成为富聚合物相和富溶剂相；当富聚合物相固化后，脱除溶剂就得到了多孔结构。