[发明专利]一种中空纤维内压膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种中空纤维内压膜及其制备方法。

背景技术

随着分离技术的发展，膜技术已经开始用于菌体(如酵母菌等)回收、果汁浓缩等高浓度、高粘度液体分离领域，特别是中空纤维膜技术，由于具有填充密度高、使用能耗低、设备运行简单等特点，逐步成为这一领域的核心技术。由于菌体(如酵母菌等)体积和果肉细胞往往相对较大，现有常规中空纤维超/微滤膜不能完全适用，普遍存在孔径较小（导致过滤效率较低）、孔结构曲折度高等导致设备运行效率低且维护和清洗手段受到限制，不适于在高浓度、高粘度环境中使用的问题。

聚醚砜树脂（PES）是英国ICI公司在1972年开发的一种综合性能优异的热塑性高分子材料，分子中由于同时具有苯环的刚性、醚基的柔性及砜基与整个结构单元形成的大共轭体系，所以整个分子具有相当的稳定性、良好的耐化学和生物腐蚀性、突出的耐水解稳定性以及抗辐射等特点，但PES中空纤维膜孔径一般较小，所制中空纤维膜不能适用于菌体(如酵母菌等)回收、果汁浓缩等高浓度、高粘度液体分离领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有贯通孔结构，孔径大且均匀的聚醚砜中空纤维内压膜。

本发明的另一个目的是提供一种成膜工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产的聚醚砜中空纤维内压膜的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种中空纤维内压膜，按重量百分比计的原料组成为：聚醚砜树脂5-15%，超高分子量聚丙烯腈树脂1-5%，溶剂75-80%，小分子添加剂1-5%，高分子添加剂1-5%，液体成孔剂1-5%。

一种中空纤维内压膜的制备方法，包括下述步骤：

（1）将聚醚砜树脂5-15%、超高分子量聚丙烯腈树脂1-5%、溶剂75-80%、小分子添加剂1-5%、高分子添加剂1-5%和液体成孔剂1-5%在50-80℃下搅拌溶解，混合均匀，脱除气泡后，得到铸膜液；

（2）将上述铸膜液经喷丝板挤出，进入温度10-70℃的凝固浴中，待凝胶完成后，获得中空纤维内压膜初生丝。

所述凝固浴包括外凝固浴液和内凝固浴液；所述外凝固浴为水与二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜的混合液，所述混合液中水的百分比含量为70-90%；所述内凝固浴为纯水。

所述液体成孔剂为乙醇、乙二醇、二乙二醇中的任一种物质。

所述的小分子添加剂为硝酸锂、氯化锂和氯化钙中的任一种物质，所述的高分子添加剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧乙烯和聚乙烯醇中的至少一种；

所述的超高分子量聚丙烯腈树脂的分子量为10⁵-10⁶道尔顿。

所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的任一种物质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的中空纤维膜成膜体系中，成膜体系固含量较低，在成膜过程中由于成膜体系固含量小，所形成晶核数减少，脱溶剂后形成的网络结构更加疏松，制得的中空纤维膜孔径更大。但是固含量降低，铸膜液黏度太低会导致其失去可纺性。本发明的中空纤维膜成膜体系中，引入超高分子量聚丙烯腈树脂，提高成膜体系黏度，增加可纺性。同时，成膜体系中引入聚丙烯腈树脂可以改善所得中空纤维膜亲水性，提高中空纤维内压膜抗污染能力和通透性能。

2、本发明的成膜体系中，液体成孔剂的用量和种类与最终膜的孔径结构有关，通过对液体成孔剂的选择，在提高聚醚砜中空纤维内压膜孔径的同时，保证在成膜过程中孔结构的贯通，大大提高了膜产品的过滤效率，减少了在使用过程中深度污染的形成，延长了所得膜产品的使用寿命。

3、本发明的成膜体系中添加了小分子添加剂，小分子添加剂会影响成膜体系分相速度，有利于提高中空纤维膜表面抗污染性能。

4、本发明的成膜体系中添加了高分子添加剂，高分子添加剂在成膜过程中会在膜表面富集，当膜进入凝固浴时，高分子添加剂会溶解于水中，形成非溶剂进入中空纤维膜内部的通道，构成指状孔生长点，能够提高过滤效率、增加维护手段和降低维护成本，满足生产不同口味需求的果汁产品的需要。