[发明专利]具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜、其制备方法及生产装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及中空纤维膜及其制备方法，特别是一种经过改性具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜，还涉及其制备方法与实现所述制备方法的生产设备。

【背景技术】

随工业发展，污水的产生量及复杂程度也随之增加，MBR(膜生物反应器)对于代替传统工艺解决污水问题已经被更多人认可，但在复杂的污水环境中，只有高强度、抗污染性强的膜丝才能长期稳定运行。

为此，增强型纤维膜带来较高的强度同时也提高了生产成本高。人们尝试通过优化膜层厚度以降低原料成本，但薄的膜层厚度会加大风险，而越厚的膜层则成本越高且过滤性越差。

另一方面，抗污染性及过滤效率也是膜的重要问题，研究认为提高亲水性能够使水更易透过膜层，能够提升抗污染性即提高过滤效率，因此现有技术中多采用表面接枝改性、共混改性等手段以提高膜表面或整体的亲水性，但无法对膜内部做出改性。它存在的问题是对于水污染复杂化的今天，水中存在大量亲水污染物，膜表面亲水过强会引起膜的快速污染，缩短膜的寿命。

【发明内容】

本发明的目的是获得一种膜内部亲水改性的增强型中空纤维膜，以避免膜外部过亲水引起的亲水污染物富集，同时具有良好的膜内部亲水性，具有较高过滤效率，另一方面具有较低的生产成本。

本发明的目的还包括获得上述中空纤维膜的制备方法，以及实现所述制备方法的生产设备。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜，所述中空纤维膜具有支撑管和外皮层，其中，所述支撑管与外皮层的接触面上具有均匀的大空穴，所述大空穴的内表面具有亲水性，所述大空穴的平均内径为1.0-3.0mm，平均深度为0.2-0.5mm。

在本发明中，具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜的外皮层选自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜和/或聚丙烯腈中的一种或多种。

本发明还提供一种具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜的湿法制备方法，包括由送丝机输出支撑管后，对支撑管进行亲水性预处理，然后对经过亲水性预处理的支撑管涂覆制膜液，然后将涂覆了制膜液的支撑管送入凝胶浴，干燥后收丝得到增强型中空纤维膜，其中，进行亲水性预处理时，使支撑管通入一具有通孔的空心管内，由喷射装置从所述空心管外侧向空心管喷射亲水性改性液体，所述改性液体通过所述通孔分布在支撑管上，形成均匀分布的改性液体液滴；所述亲水性改性液体选自纳米二氧化硅水溶液、纳米二氧化钛水溶液或亲水性PVA的水溶液。

在本发明中，优选地，所述空心管具有均匀分布的通孔，所述通孔平均孔径为0.8-3.0mm，孔间距为2.0-4.0mm。

根据上述制备方法的一种优选实施方式，所述改性液体液滴的平均直径为1.0-3.0mm。

在本发明中，优选地，所述亲水性改性液体中还含有溶剂，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或磷酸三乙酯中的一种或多种。

更优选地，以总重100份计，所述亲水性改性液体含有1-2份纳米二氧化硅或纳米二氧化钛或亲水性PVA、8-20份纯水，余量为溶剂。

在本发明中，所述制膜液选自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜和/或聚丙烯腈中的一种或多种。

本发明还涉及上述中空纤维膜或根据上述制备方法得到的中空纤维膜在市政污水、生活污水、工业废水处理中的用途。

本发明还提供一种具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜的生产设备，包括依次设置的送丝装置、亲水性改性液体喷射装置、涂膜装置、凝胶浴装置和收丝装置，其中，亲水性改性液体喷射装置包括供支撑管从中通过的空心管，所述空心管上分布有通孔，在所述空心管外侧设有液体汽化喷射装置，所述液体汽化喷射装置具有相连的储液罐。

以下将更详细的描述本发明的技术方案。

一种具有亲水性蜂窝结构的增强型中空纤维膜，所述中空纤维膜具有支撑管和外皮层，所述支撑管与外皮层的接触面上具有均匀的大空穴，所述大空穴的内表面具有亲水性，所述大空穴的平均内径为1.0-3.0mm，平均深度为0.2-0.5mm。