[发明专利]一种异质结构的中空纤维膜的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于水处理技术领域。更具体地，本发明涉及具有异质结构的中空纤维膜的制备方法，及其产品的应用。

【背景技术】

中空纤维分离膜已经在液体分离领域，特别是水处理领域得到广泛应用，涉及到众多领域，如食品、制药、石油、化工、电子等工业领域，供水、污水处理、海水淡化等水处理行业。多样化的应用对膜特性提出了不同要求，如膜结构、强度、亲疏水性、抗菌性、抗静电性等。同时随着工程应用的大型化，膜组件也向大型化方向发展。中空纤维膜在水净化领域的实际应用中主要存在几个问题：一是膜丝强度较低，容易断丝，因此需定期更换；二是膜丝亲水性较差，容易污染；三是废水中的细菌易残留在膜孔内并繁殖，随后堵塞膜孔。其中，膜的强度是由膜的材料决定的，一种提高强度的方法是制备具有内衬的膜，即使膜层附着在衬的外侧以构成具有多层结构的复合膜，该方法一般对纺丝工艺要求较高。受制于纺丝工艺，膜丝性能的提高也因此受到很大局限。

本发明在商品化的中空纤维膜的基础上，采取适当的方法提高其强度，并对膜丝进行保护，同时赋予其亲水性与抗菌性。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种具有高亲水性和抗菌性、并能够有效提高中空纤维膜膜丝强度的异质结构中空纤维膜的制备方法。

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明提供一种异质结构中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)以重量份计取亲水性聚合物1-10份与溶剂混合，得到总重为100份的功能性试剂；

(2)取中空纤维膜在步骤(1)的功能性试剂中浸泡1-24小时；

(3)取合成纤维或纤维束在步骤(1)的功能性试剂中浸泡1-12小时；

(4)将步骤(3)得到的经过浸泡的合成纤维或纤维束编织在步骤(2)得到的经过浸泡的中空纤维膜外侧，构造出具有编织层结构的中空纤维膜，然后晾干；

(5)将步骤(4)得到的具有编织层结构的中空纤维膜在40-80℃下在交联剂中浸泡30分钟或以上，得到具有异质结构中空纤维膜；所述交联剂是按总重100份计，戊二醛∶乙醇∶水＝1-5∶10-90∶5-89。

根据本发明的一种优选实施方式，所述亲水性聚合物选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚丙烯酰胺。步骤(1)中用于制备功能性试剂的溶剂是水、乙醇或乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液的浓度是任意的。

在本发明中，所述中空纤维膜选自聚砜、聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯中空纤维膜，外径为0.5-3mm。

根据一种优选的实施方式，所述合成纤维或纤维束选自60-200旦(D)的涤纶、腈纶、丙纶或尼龙纤维，或涤纶、腈纶、丙纶或尼龙纤维束。其中，旦(D)是现有技术中用于评价纤维尺寸的标准单位之一，其含义是指9000米长度纤维的质量克数。

在本发明中，所述交联剂是按总重量份100份计，戊二醛∶乙醇∶水＝1-5∶10-90∶5-89。

在本发明中，所述的编织层结构是网状的，优选地网孔尺寸为0.1-2mm。

根据一种优选的实施方式，100份交联剂中还含有0.1-1份抗菌剂。优选地，所述抗菌剂选自磷锆钠银、亚硫酸氢钠、甲醛、山梨酸钾、环氧乙烷或羟基喹啉酮。

根据一种特别优选实施方式，步骤(4)的编织是在12-24锭编织机以1-20米/分钟的速度进行的。

本发明还涉及根据上述制备方法得到的异质结构中空纤维膜在废水净化中的应用。

以下将更详细的说明本发明的技术方案。

本发明通过在普通的中空纤维膜外侧增加一层具有一定强度的功能层，获得具有异质结构的中空纤维膜。申请人发现把中空纤维膜与合成纤维分别用功能试剂经过预处理，使它们具有一定功能比如获得更好地亲水性、抗菌性等，然后把合成纤维编织在中空纤维膜的外部形成功能层，该功能层除了预处理所赋予的功能外，还可以提高中空纤维膜的强度，并起到保护作用。

因此，制备这种异质结构中空纤维膜的方法包括以下步骤：

(1)按总重100份计配制功能性试剂，其中亲水性聚合物1-10份，其余为溶剂。亲水性聚合物一般选自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚丙烯酰胺，将它们溶解在水、乙醇或乙醇水溶液中，其中乙醇与水可以任意比混合。

(2)取普通的中空纤维膜在上述功能性试剂中浸泡1-24小时。