[发明专利]一种聚氯乙烯中空纤维合金膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种高通量的聚氯乙烯中空纤维合金膜制备方法。

背景技术

膜分离技术是一门新型、多学科交叉的分离技术。与传统的化工分离方法，如过滤、蒸发、蒸馏、萃取、深度分离等过程相比较，具有能耗较低、适合热敏性物质分离、分离装置简单、操作方便、分离系数大、应用范围广、工艺适应性强等特点。广泛适用于石油化工、食品、医药、天然物质提纯与浓缩、水的净化和废水处理等领域。

目前，膜分离用膜材料主要有，聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)等。其中PVC价格低廉、耐菌、耐酸碱性能优良，是一种值得推广的膜材料，目前已有商品化PVC膜用于水处理行业，但是PVC膜由于亲水性差，用于水处理时，膜表面容易吸附有机物和蛋白质等，造成膜污染，使其过滤性能衰减。因此，PVC膜的亲水改性研究日益引起研究学者们的重视。PVC膜的亲水改性方法一般有共混改性、共聚改性和接枝改性等，其中共混改性方法即在PVC铸膜液中加入具有亲水性的有机聚合物或者无机物填料，该方法工艺简单，适合工业化批量生产，但是现有技术中PVC共混超滤膜改性后的亲水性仍然不够理想，导致其通量不高，较易被污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高水通量、抗污染能力强的聚氯乙烯中空纤维合金膜及其制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种聚氯乙烯中空纤维合金膜，其铸膜液组成如下：

所述聚氯乙烯的聚合度为700-3500，含量优选为14-18％。所述聚氯乙烯的聚合度优选为1000-1900。聚氯乙烯聚合度低则其质量百分含量可以较高，聚氯乙烯聚合度高则其质量百分含量应较低。

所述的共混聚合物是指氯乙烯-醋酸乙烯-马来酸酐三元共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯-乙烯醇三元共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯三元共聚物、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种，含量优选为4-10％。共混聚合物的作用是提高聚氯乙烯膜的韧性，同时改善聚氯乙烯膜的亲水性能，提高聚氯乙烯膜的抗污染性。

所述的无机纳米添加剂是指纳米二氧化硅(SiO₂)、纳米二氧化钛(TiO₂)、纳米三氧化二铝(Al₂O₃)中的一种或几种，含量优选为0.5％-4％。在纺丝铸膜液中加入亲水性的无机纳米粒子，可以提高膜的亲水性、稳定性、抗压缩性以及改善膜的通量和截留率。由于无机纳米添加剂与聚合物无相互作用，完全是物理分散存在，含量太低对膜丝性能的改善不明显，含量太高，容易发生团聚现象，使得中空纤维膜出现大量缺陷，减小膜的韧性。

所述的亲水成孔剂是指聚乙二醇(PEG，分子量400-2000)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30)中的一种或者两种，含量优选为4-10％。亲水成孔剂可以调节聚氯乙烯膜的亲水性、铸膜液的粘度，从而影响聚氯乙烯膜的孔隙率以及纯水通量等性能。

所述的表面活性剂是指吐温-20、吐温-60、吐温-80、十二烷基苯磺酸钠中的一种，含量优选为0.1-2％。利用表面活性剂的渗透、乳化作用，在铸膜液中改善有机相与无机相两相界面的相容性，调节铸膜液中高分子连续相与无机分散相两相界面的相容性，使得无机添加剂分散相在铸膜液中均匀分布并稳定存在，同时表面活性剂还可以调节纺丝液与凝固液的界面物质交换速度，最终使得纺制的中空纤维膜孔均匀。

所述的溶剂是指二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者两种。

所述的合金膜孔隙率为55-90％。纯水通量为650-1600L/m²·h(0.1MPa，25℃)。

一种制备所述的聚氯乙烯中空纤维合金膜的方法，具有如下步骤：

(1)将上述聚氯乙烯中空纤维合金膜铸膜液在30-65℃温度下搅拌均匀，静置脱除气泡；所述铸膜液的温度优选为35-60℃。纺丝铸膜液温度太低，影响铸膜液各添加组分在溶剂中的溶解度，同时影响铸膜液的粘度，不利用纺制高通量的中空纤维膜丝；纺丝铸膜液温度太高，PVC材料易分解，纺丝时间较长后，铸膜液变色。

(2)干-湿纺丝工艺纺制中空纤维膜：以25-50℃的水或者水与溶剂的混合物为芯液，该芯液与上述铸膜液通过纺丝喷丝头，在空气中垂直向下行走5-50cm后，进入凝固浴中凝固成型，凝固浴为水或者水与溶剂的混合物，凝固浴温度控制在20-50℃；通过控制芯液和凝固浴的温度以及成分、膜丝在空气中的行走距离可以获得不同的中空纤维膜丝内外结构。