[发明专利]一种中空纤维复合膜的制备方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于膜分离过程的中空纤维复合膜的制备方法，本发明还涉及一种中空纤维复合膜的制备设备。

背景技术

近年来，膜技术的研究和应用得到迅猛发展。根据膜的形状，可分为平板膜、中空纤维膜和管式膜三种。中空纤维膜具有制备工艺简单，结构易于控制，单位体积内的膜面积最高等优点，因此广泛用于废水处理、超纯水制备、海水淡化、苦咸水淡化的预处理和膜生物反应器等领域。这些膜都是基于孔径大小差异的微滤、超滤膜。1974年，Henis用聚砜中空纤维超滤膜作支撑层，采用抽真空涂覆硅橡胶的方法制得了N₂/O₂分离的气体分离膜，这种膜耐高压，分离系数高，渗透通量大，从此开启了中空纤维复合膜的应用新领域。

中空纤维复合膜是在中空纤维超滤或微滤膜的外表面或内表面复合一层致密聚合物膜的新型膜材料。中空纤维超滤或微滤膜起支撑作用，内表面或外表面的致密聚合物膜层起分离作用，两者可以是相同材料，也可以是不同的材料。广泛应用于有机物渗透汽化脱水，液体混合物中挥发性有机物的回收、N₂/O₂分离(气体分离)、水中微量有机污染物的脱除、有机/有机混合物分离等领域。

如何快速、便捷制得超薄活性分离层的中空纤维复合膜一直是膜研究学者追求的目标。郭勇（郭勇等,硅橡胶-聚砜中空纤维复合膜的制备及性能研究,膜科学与技术,2002,22(5):58-60）等在实验室采用加压内涂法制备了聚二甲基硅氧烷/聚砜的中空纤维复合膜；李冰冰（李冰冰等, PDMS/PES中空纤维渗透汽化复合膜的制备,膜科学与技术,2009，29(5):29-32）等在聚醚砜中空纤维膜外表面涂覆一层聚二甲基硅氧烷制得中空纤维复合膜。这些方法都是属于物理涂覆，一次只能涂覆少量膜，并且涂覆后，由于膜液的流动性导致涂覆膜层厚度不均匀。因此膜研究学者尝试采用化学改性的方法在中空纤维膜内、外表面进行活性分离层的制备。徐志康（Z. K. Xu, et al. Microporous polypropylene hollow fiber membranes part II:pervaporation separation of water/ethanol mixtures by the poly(acrylic acid) grafted membranes, J.Membr.Sci.2003,214(1):71-81）等采用等离子聚合的方式在聚丙烯中空纤维超滤膜表面接枝聚丙烯酸，制得聚丙烯酸/聚丙烯中空纤维渗透汽化复合膜；谢景源（谢景源等,辐照交联制备聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯/聚砜中空纤维纳滤复合膜,天津工业大学学报,2008,27(1):1-4）用辐照交联法在聚砜中空纤维膜表面制备了聚甲基丙烯酸-N,N二甲氨基乙酯/聚砜纳滤复合膜。化学改性制备中空纤维复合膜的方法虽然具有重现性好，膜结构易于控制，但是也存在改性单体数量有限等缺点，因此迫切需要找到一种快速、便捷、适合多种聚合物的中空纤维复合膜的制备新方法。

本发明是在ZL200610053745.X的基础上，通过设计一种旋转涂覆设备，将中空纤维膜平行的固定在带两个圆盘的中空纤维膜固定架上，然后浸入聚合物膜溶液中，用减速电机带动中空纤维膜固定架在膜液中旋转，从而将膜液涂覆在中空纤维膜外表面，然后将多于的膜液放出，粘附在中空纤维膜外表面的膜液沿着膜的中心轴旋转，从而使膜液在膜外表面均匀涂覆，通过加热和温控装置，让膜液中的溶剂挥发，使得膜液在中空纤维膜外表面形成一层均一的分离膜，从而得到中空纤维复合膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空纤维复合膜的制备方法，本发明的目的还在于提供一种中空纤维复合膜的制备设备，所述的设备是一种旋转涂覆设备。

本发明是这样来实现的。一种用于制备中空纤维复合膜的旋转涂覆设备，它包括膜液储槽、膜液储槽外罩、加热装置、中空纤维膜固定架、减速电机和连接器，其特征是中空纤维膜固定架由中空纤维膜固定盘和轴构成，所述轴穿过两个中空纤维膜固定盘中心的固定孔，中空纤维膜固定盘的位置用轴上的销钉固定；所述膜液储槽的下部设有膜液储槽阀门，所述膜液储槽的两端分别设有轴承；所述中空纤维膜固定架放置在膜液储槽内，由轴承支撑中空纤维膜固定架的轴，所述轴通过连接器与减速电机连接，膜液储槽外罩盖在膜液储槽上，膜液储槽外罩上设有加热装置。

所述中空纤维膜固定盘上布满微孔。

一种使用上述旋转涂覆设备制备中空纤维复合膜的方法,其步骤如下：