[发明专利]一种高通量管式微滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子分离膜技术领域，特别涉及一种高通量管式微滤膜的制备方法。

背景技术

超/微滤技术作为一种膜分离技术，其膜多为多孔不对称结构，过滤过程是以膜两侧压差为传质动力，以机械筛分原理为基础的一种分离过程，具有常温操作，过程无相变、能耗低、分离精度高等特点，目前在饮用水净化、工业用水处理、饮料、生物、食品、医药、环保、化工、冶金、石油等方面已得到广泛应用。

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种性能优良的结晶性聚合物，其突出的化学稳定性、优异的机械强度、耐辐射特性、抗污染性和耐热性，使得PVDF成为一种理想相转化成膜的材料，已广泛应用于制备多孔膜材料。

近年来国内外科研人员对PVDF成膜进行了深入研究，大多数局限于中空纤维和平板式超/微滤膜的研究，所制得的膜产品为多孔结构、孔径分布均匀。但是在实际使用过程中，由于中空纤维和平板膜结构的限制，流道窄，机械强度差，过滤前必须有严格的预处理，且中空纤维及平板膜压力损失较大，不宜处理高固含、高粘度的料液体系，污染后膜清洗、通量恢复困难，使用周期短，膜更换频繁。目前市场上PVDF膜多为超滤膜，孔径小，通量低，易污染，极大地限制了PVDF膜的工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高通量管式微滤膜的制备方法，所得的管式微滤膜通量高、应用范围广，具有良好的机械性能和化学耐受性，具备开放式流道，流道范围在5~25mm，抗污染，适用于高粘度、高固含量体系。所述制备方法工艺简单、膜孔径可控、成本低、便于工业化生产。

本发明所述高通量管式微滤膜的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

A．配制铸膜液：依照配方将聚偏氟乙烯、致孔剂、添加剂与溶剂混合，搅拌使各组分完全溶解，得到铸膜液；

所述铸膜液由下列组分按质量百分比配制而成：

聚偏氟乙烯 5~32%，

致孔剂 1~18%，

添加剂 1~22%，

溶剂 28~93%；

所述聚偏氟乙烯的相对分子量为20万~100万。

所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、丙酮、乙醇、乙二醇、一缩二乙二醇、水中的一种或两种以上任意比例的混合物，所述聚乙二醇的相对分子量为200~60000；

所述添加剂为二氧化硅、碳酸钙、二氧化钛、三氧化二铝、氯化锂、氯化铵、聚乙烯中的一种或两种以上任意比例的混合物，添加剂的平均粒径为0.01~5μm；

所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种任意比例的混合液；

B．将上述铸膜液在真空条件下静置至完全脱泡后与无纺布一起置于一体式管式涂膜机上，无纺布卷成管状的同时完成涂膜，得到管式微滤膜基膜；

C．将步骤B中制备的管式微滤膜基膜在空气中静置10~60秒以蒸发其表面的部分溶剂，而后迅速浸入凝固浴中，利用相转化法，无纺布表面涂覆的铸膜液层发生相分离形成分离膜，即管式微滤膜成品。

步骤A中，将混合后的各组分水浴加热至30~80℃的条件下，搅拌使之完全溶解。

步骤A中，是以100~1000r/min的搅拌速度，恒速恒温搅拌10~48小时，使各组分完全溶解。

步骤B中铸膜液在真空条件下静置的时间10~48小时。

步骤B中，所述无纺布支撑管的无纺布重叠连接处采用超声波焊接固定，利用超声波频率的机械振动能量使无纺布重叠处发生高温界面熔化，从而焊接在一起。

所述无纺布支撑管的管直径为5~25mm。

步骤B中，所述铸膜液涂覆在无纺布支撑管的内表面或外表面。

现有的任意一种无纺布都适用于本发明。

所述相转化法是指均一铸膜液和其聚合物的非溶剂接触，所述非溶剂可与该铸膜液溶剂以任意比例混合；通过界面的溶剂和非溶剂的扩散交换，导致该铸膜液层的相分离，从而产生超微滤膜。

所述致孔剂和添加剂的加入，一方面改变了溶剂的化学位，影响溶剂的溶解能力；另一方面改变了铸膜液中聚偏氟乙烯大分子的溶解状态，进而影响转相过程中溶剂和水之间的互扩散速度，从而使膜具有良好的孔结构，有利于大孔径膜结构的形成。

步骤C中的凝固浴选自去离子水、蒸馏水、纯水、醇溶液、溶剂水溶液中的一种，凝固浴温度为0~50℃，浸泡时间为2~10天；

所述醇溶液中的醇选自乙醇、丙醇、正丁醇中的一种，醇溶液的质量浓度为10~80%；