[发明专利]一种聚偏氟乙烯中空纤维水处理膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空纤维膜的制备领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯中空纤维水处理膜的制备方法。

背景技术

膜法与传统的分离技术相比具有分离效率高、节能、环保等优点，是解决缓解当前能源危机和环境污染的高新技术。在膜分离技术应用中，微孔滤膜是产业化最早，应用面最广，同时也是消耗量最大的一个膜品种。由于微孔滤膜过滤技术具有使用方法简单、快速、高效节能灯优点，因而备受关注和采纳，现在已被广泛应用在食品饮料、医药、化工、电子、能源及环保等领域。

理想的膜应该具有不对称结构，即起到分离作用的分离层膜孔孔径远远小于支撑层的微孔孔径，支撑层的微孔结构要有高的孔隙率以降低过滤阻力，同时要避免过大孔径的指状孔结构，以增强膜整体的机械强度。中空纤维多孔膜的径向断面结构一般为非对称结构，外压式中空纤维膜，外皮层最为致密，内皮层次之，中间层最为疏松。为提高膜的亲水性和水通量，可以在铸膜液中添加各种不同的成孔剂及助剂来调节膜的微孔结构及分布，但较多添加剂，会导致指状孔或大的空洞结构致使中空纤维膜丝的强度较弱。

目前常采用溶液相分离方法制备聚偏氟乙烯、聚砜等中空纤维膜，即：将成膜材料、有机溶剂、成孔剂按照一定比例混合、溶解，然后将铸膜液液经过纺丝头或喷丝板，进入凝固浴，经过溶剂和非溶剂的传质交换而使聚合物发生相转移而沉析成中空纤维膜，同时通过控制铸膜液配方、纺丝参数以及膜丝后处理，可以制备特定范围孔径的中空纤维分离膜，但该方法制备的膜内层和外层的机构完全一样，膜的机械强度方面存在一些缺陷。

中国专利CN103908898公开了一种采用复合结构的中空纤维膜制备方法，该方法包括为支撑体的内层和作为分离层的外层，并对内外层铸膜液的构成和组分含量进行限定，所制备的中空纤维膜由于内层溶液所用溶剂如N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺导致溶剂和非溶剂传质速率较快，支撑层易形成大孔，对支撑层力学性能有不利影响；而在专利CN103877868中公开了一种通过分别配制不同的内层和外层制膜液，采用共挤出法一次性制备分离膜的方法，该方法中起分离作用的外层为非溶剂致相分离(NIPS)，而起支撑作用的内层为热致相分离(TIPS)，该方法制备的分离膜具有较高的渗透率和力学强度，但支撑层采用TIPS方法，制备过程中的温度控制及有机溶剂的分离回收等工艺较为复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种聚偏氟乙烯中空纤维水处理膜的制备方法，该方法制备的水处理膜断裂强度高、截留率高和具有较宽孔径范围且工艺简单，便于工业化生产。

本发明的技术方案提供了一种中空纤维水处理膜的制备方法，该方法将支撑层和分离层的制膜液分别单独配制，包括以下步骤：

1)将聚偏氟乙烯、致孔剂、有机溶剂加入配料罐中，在80-150℃下搅拌溶解脱泡后，经过滤静置得外层分离层铸模液；

2)将聚偏氟乙烯、致孔剂，有机溶剂加入配料罐中，在50-100℃搅拌溶剂脱泡后，经过滤静置得内层支撑层铸模液；

3)将上述两种铸膜液分别过滤、抽真空后，连同芯液经计量泵、三通道喷头挤出制备成初级中空纤维膜；

4)将初级中空纤维膜通过凝固浴凝固处理后，用水浸泡12-72h，并经保孔剂处理、在20-50℃下干燥后，得到亲水性的聚偏氟乙烯中空纤维膜。

根据上述技术方案提供的方法，聚偏氟乙烯在外层和内层铸膜液中的含量分别为18-25wt％和15-21wt％。

根据上述技术方案提供的方法，步骤3)中挤出时外层铸膜液和内层铸膜液的流速比例为1-2:1。

根据上述技术方案提供的方法，步骤1)中所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的至少一种，含量为外层铸膜液的18-38％。

根据上述技术方案提供的方法，步骤2)中所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺中的至少一种与磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯中的至少一种进行复配，其中两类有机溶剂中前者加入量为50-100％，含量为内层铸膜液的75-84％。

根据上述技术方案提供的方法，步骤2)中所述有机溶剂含量为内层铸膜液质量的75-84％。