[发明专利]聚偏二氟乙烯中空纤维膜、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于城市用水净化的聚偏二氟乙烯中空纤维膜、其制备方法及其在城市用水净化中的应用。

技术背景

膜技术作为分离、浓缩、提纯及净化技术，近几十年来已经迅速发展成为产业化的高新技术。膜分离技术由于拥有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节约能源和化学试剂等优点，已在海水淡化、电子工业、食品工业、医药工业、环境保护和生物工程等领域和科学研究中得到广泛应用。聚偏二氟乙烯（PVDF）是一种线状结晶性的白色粉末状半晶形聚合物，具有使用温度高、机械性能优良、耐候性好、耐溶剂性强等一系列优点，同时还具有突出的抗老化特性和抗紫外能力，且容易流延成膜，是近年来发展起来的一种良好的制膜材料。

关于PVDF分离膜材料的制备方法，目前国内外所广为应用的是非溶剂相分离法（NIPS），许多文献和专利都有相关报道。对于非溶剂相分离法，Zuo等在Journal of Functional Polymers, 2008, 21（4）: 380-384中介绍了利用非溶剂相分离法通过采用DMAC为溶剂得到内部呈指状孔结构的PVDF超滤膜；EP1009517采用非溶剂相分离法制得了高孔隙率的亲水性或疏水性非对称性聚偏氟乙烯微孔膜。非溶剂相分离法制备出来的微孔膜通常孔径分布不匀，且多呈现出指状大孔结构，这种结构虽然可以使成膜具有较高的通量，但相应的也会降低成膜的机械强度和分离精度。

发明内容

为克服现有的非溶剂相分离法所制得的聚偏二氟乙烯分离膜材料的上述缺陷，本发明以相分离机理为基础，研究出一种能够制备出具有高强度、高通量和高分离精度的聚偏二氟乙烯中空纤维膜的新方法。

因此，本发明的目的之一在于提供一种可用于城市用水净化的聚偏二氟乙烯中空纤维膜。

本发明的另一目的在于提供一种制备聚偏二氟乙烯中空纤维膜的方法。

本发明的再一目的在于提供上述聚偏二氟乙烯中空纤维膜在城市用水净化中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于城市用水净化的聚偏二氟乙烯中空纤维膜，其横截面呈现为网孔相互交联的海绵状结构，网孔的等效直径为0.1~1 μm。

一种制备上述聚偏二氟乙烯中空纤维膜的方法，包括将PVDF粉料与两种有机液体共混，将所得的共混物在低于聚合物粉料熔点50~90℃的温度下加热共混，并通过不同孔径大小的模头挤出制成中空纤维形式，再放入特定的有机溶剂中浸泡以便萃取上述两种有机液体，经过一定时间后再通过纯水清洗和保孔剂处理得到成品膜。

具体而言，本发明的聚偏二氟乙烯中空纤维膜制备方法包括如下步骤：

（1）配制铸膜液

以铸膜液总量的质量百分比计，将15%~45%的聚偏二氟乙烯（粉料，η=1.8~2.2）、5.5%~76.5%的稀释剂一和5.5%~76.5%的稀释剂二放入共混装置中，其中固体物质预先进行干燥以去除水分，将混合物在80~120℃下搅拌加热共混，搅拌速度为70~90r/min，共混时间为2-24小时，优选4-16小时，更优选6-12小时，得到铸膜液；

（2）喷丝形成中空纤维

将上述铸膜液经过4-24小时、优选6-16小时、更优选8-12小时的真空脱泡处理后，在氮气加压下使铸膜液经过喷丝模头形成中空纤维，然后将初生的中空纤维膜依次放入萃取剂中处理5~48小时，优选8-36小时，更优选10-24小时，再于纯水中清洗浸泡5~48小时，优选6-36小时，更优选8-24小时，并用保孔剂处理4-24小时，优选6-18小时，更优选8-12小时，即可得到中空纤维膜成品。

本发明的聚偏二氟乙烯中空纤维膜的结构既可以使膜具有较高的水通量，又可以使膜具有较高强度和较高分离精度，完全适用于城市用水净化。

附图说明

图1为本发明一种实施方式中的中空纤维膜生产流程图。

图2为本发明一种实施方式中的截面扫描电镜放大图。其中，图（b）为图（a）的放大图。

图3为本发明一种实施方式中的中空纤维膜污水处理系统流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

非溶剂相分离法在配制铸膜液时通常使用一种在常温下就能溶解PVDF的强极性溶剂；而本发明在配制铸膜液时采用两种溶剂来进行复配，其中一种溶剂在非溶剂相分离法中不使用，这是本发明区别于非溶剂相分离法的不同之处。