[发明专利]一种中空纤维疏水膜及其制备方法

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疏水膜及其制备方法。

背景技术

膜蒸馏是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种液体分离技术，膜蒸馏过程是热侧液体的水分子蒸发汽化，穿过疏水膜的微孔，水相中非挥发性的离子和分子等溶质则不能透过疏水膜，从而实现溶液分离、浓缩或提纯的目的。膜蒸馏是有相变的膜过程，同时发生热量和质量的传递，传质的推动力为疏水膜两侧透过组分的蒸汽分压差。

用于膜蒸馏过程的中空纤维膜疏水性较低往往在使用过程中易被润湿，导致使用时间缩短、回收效率低。因此，开发一种超疏水中空纤维膜可以保证其具有持久性难被浸润，提高分离膜的工作效率。

公开号为CN102114390.A，发明创造名称为《增强型聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜及其制备方法》的专利文献中公开了一种疏水膜及其制备方法，采用聚偏氟乙烯作为制膜材料，加入疏水型无机纳米粒子、非溶剂，采用溶液相转化法获得增强型聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜。由于使用疏水型无机纳米粒子，在成膜过程中，疏水型无机纳米粒子只存在于膜壁内部，只起到增强作用，对中空纤维膜疏水性影响较小。

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，而提供一种疏水性能好的中空纤维疏水膜。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单，操作方便，易于工业化生产的中空纤维疏水膜的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种中空纤维疏水膜，按质量分数计的原料组成为：聚合物13-17%，无机纳米粒子成核剂5-15%，有机液体成核剂1-5%，有机溶剂60-66%，成孔添加剂5-15%。

一种中空纤维疏水膜的制备方法，包括下述步骤：

（1）配置铸膜液：将干燥的无机纳米粒子成核剂与干燥的聚合物高速均匀混合后，在高速搅拌下，均匀地分散在有机溶剂中；并加入成孔添加剂和有机液体成核剂，混合均匀，脱除气泡，即得到所需的铸膜液；

（2）成型：将上述铸膜液由喷丝头挤出，进入温度为40-60℃的凝固浴中，凝固后，在10-60℃乙醇中充分漂洗后，经30-70℃干燥得到中空纤维疏水膜。

所述聚合物为聚偏氟乙烯，所述有机液体成核剂为己二酸、丁二酸钠、戊二酸钠中的任一种物质，所述成孔添加剂为乙二醇、二乙二醇、甘油中的任一种物质。

所述无机纳米粒子成核剂为纳米碳酸钙、纳米粘土、纳米二氧化硅中的任一种物质。

所述有机溶剂为溶剂为二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）中的任一种物质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的中空纤维疏水膜中具有无机纳米粒子成核剂和有机液体成核剂，利用无机纳米粒子成核剂与有机液体成核剂成膜过程的差异，铸膜液经喷丝头挤出，在相转化成膜过程中，中空纤维膜内部形成两种结构，一种是以无机粒子为核心的成核结构，另一种是有机液体成核剂诱导成核。利用无机纳米粒子成核剂和有机液体成核剂在成膜过程中聚合物（聚偏氟乙烯）形成不同尺度的结晶结构，继而在固化过程中无机纳米粒子成核剂在所得膜表面形成凹凸有致的纳米-亚微米表面结构，具有荷叶效应，控制表面疏水性，从而实现中空纤维膜的高疏水化。

2、本发明的中空纤维疏水膜利用低分子致孔剂作为成孔成孔添加剂在膜表面形成微孔，由于无机粒子成核剂和有机液体成核剂周围聚合物（PVDF）成核不均一的差异，利用在不同温度下干燥过程中收缩差异，形成不同程度凹凸有致的表面结构，实现调控中空纤维疏水膜疏水程度，实现中空纤维膜结构的高疏水化。

3、本方法的成膜工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

将经干燥处理的10%的纳米碳酸钙与15%的聚偏氟乙烯用高速混料机混合均匀后，在搅拌条件下加入到60%的二甲基乙酰胺中，再加入10%的乙二醇和5%的己二酸，搅拌溶解均匀，待脱泡后，制成铸膜液。

上述铸膜液在计量泵作用下经喷丝头纺丝，内、外凝固浴均为60℃去离子水，待凝胶完成后得到初生丝。所得初生丝在60℃乙醇中漂洗24h后，70℃烘干即获得聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜。所得中空纤维疏水膜的外径为1.2mm，内径为0.7mm，接触角为135度。

实施例2