[发明专利]一种聚合物中空纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚合物中空纤维膜及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：将芯液、铸膜液和保护液形成三层同芯层流，制成聚合物中空纤维初生膜，所述聚合物中空纤维初生膜不经空气间隔直接进入凝固浴，并在凝固浴中固化，通过溶液纺丝法得到聚合物中空纤维膜；所述芯液和保护液各自独立地包括无机盐水溶液；所述铸膜液包括聚合物和有机溶剂，所述铸膜液中不包括成孔剂。本发明所述方法避免空气间隔的使用，同时使用无机盐水溶液作芯液和保护液，以调控膜的微观结构和宏观结构，不需要添加致孔剂，制造过程能在宽泛的条件下进行，并可方便、精准地调控微观结构。

技术领域

本发明涉及聚合物中空纤维膜技术领域，尤其涉及一种聚合物中空纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

中空纤维膜是物质分离、水处理、海水淡化等领域的先进材料。与平板膜相比，它具有自支撑、比表面积大、结构紧凑、制造容易、易清洗等优点。中空纤维膜可分为有机聚合物膜和无机膜。有机聚合物中空纤维膜制作成本低，因而得到广泛应用。其中，超滤膜过滤是脱除微粒状杂质和污染物的有效手段。常用有机聚合物中空纤维膜制作方法分为静电纺丝法，熔融纺丝法和溶液纺丝法。其中，溶液纺丝法因条件温和、设备要求低、操作简单而得到广泛应用，而其中又以干喷湿纺法，即干湿纺最为常用。在此方法中，铸膜液与芯液以同芯流方式从纺丝喷嘴中挤出，经空气间隔进入凝固浴固化成膜。聚合物溶于与水混溶的有机溶剂中作为铸膜液。常用溶剂有N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)等，而芯液和凝固液(凝固浴)一般是水或水-溶剂混合液。使用与水混溶的有机溶剂溶解聚合物是为了在制备过程中使初生态纤维能够快速脱除溶剂以得到固态纤维，而使用水或水-溶剂混合液做芯液和/或凝固液是为初生态纤维的快速固化、脱溶剂和理想微观结构的形成。用此技术制得的聚合物中空纤维膜具有高拉伸强度和高弹性模量。

CN107344075A公开了一种静电纺丝中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：A.中空编织管的制备：采用二维编织技术将纤维长丝编织成中空编织管；B.纺丝液的制备：将5～20wt％的聚合物树脂和0～10wt％的添加剂溶解在70～95wt％的溶剂中配制成纺丝液，各组分之和为100wt％；C.静电纺丝中空纤维膜的制备：将步骤A得到的中空编织管嵌套在细丝接收装置上；将步骤B得到的纺丝液注入纺丝装置中，经静电纺丝和空气固化后，在凝固浴中固化成型，得到静电纺丝中空纤维膜。其公开的方法采用二维编织技术与静电纺丝法相结合的方法制备中空纤维膜。所制备静电纺丝中空纤维膜主要由增强体和分离层组成，同时兼具高孔隙率、高分离精度和高强度的优点。

CN112642307A公开了一种同轴静电纺芳香聚酰胺超细中空纤维膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)皮层纺丝液的制备：将不同分子量的芳香聚酰胺(APA)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成浓度为8～20％的纺丝液，并添加不同类型的无机盐致孔剂；(2)芯层纺丝液的制备：将水溶性极强的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在无水乙醇中，配制成浓度为5～10％的纺丝液；(3)同轴静电纺芳香聚酰胺超细中空纤维膜的制备：将步骤(1)得到的皮层溶液和步骤(2)得到的芯层溶液分别注入不同的储液装置中，采用同轴静电纺丝机纺制成APA/PVP皮芯超细纤维，再以溶解方式除去皮层无机盐和芯层PVP即可得到APA超细中空纤维膜。该膜具有高比表面积，兼具高分离精度和高渗透性。

CN102861519A公开了一种长效亲水性聚氯乙烯中空纤维超滤膜的干湿纺制备方法，该制备方法包括，将聚氯乙烯、长效亲水剂、成孔剂、热稳定剂与溶剂按比例混合，得到聚氯乙烯质量浓度为8-30％的中空纤维超滤膜铸膜液，将该铸膜液与内凝胶介质(芯液)同时通过喷丝板挤出管状液膜，该液膜经过0-30厘米的空气间隔进入外凝固介质中固化。