CN103028330B - 一种带絮状增强中空纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带絮状增强中空纤维膜及其制备方法，采用湿法纺丝工艺制备中空纤维膜丝，在中空纤维膜丝的外表面，采用带有絮状纤维的长丝进行编织或者钩编，使其成为带絮状增强中空纤维膜，该中空纤维膜丝的外表面附有一层管状外增强体，该管状增强体上附有絮状的纤维、管状外支撑增强体为网状结构。带絮状增强中空纤维膜用于水处理中，一方面通过该中空纤维膜中网状的支撑体来提高中空纤维膜的强度，防止在高曝气的运行过程中发生断裂；另一方面通过该中空纤维膜中的絮状纤维来改善滤饼层结构实现高效泥水分离。采用该种膜不仅可以达到在运行过程中不发生断丝的情况，还可以大幅度降低能耗，提高运行通量，降低膜污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种带絮状增强中空纤维膜及其制备方法，属于中空纤维膜技术领域。
背景技术
中空纤维膜是现代膜技术应用中一种重要的膜形式，它具有装填密度高，体积小，处理效率高和生产工艺简单等特点，在国内外已被广泛应用于工业废水处理、生活污水回用等多方面。中空纤维膜通常为自支撑膜，该膜的内在结构是多孔结构，它的力学强度不高，在运行过程中，很容易出现断丝的问题。
为了提高中空纤维膜的强度，许多高校和科学院所都在开展高强度中空纤维膜的研究，采用NIPS法制备中空纤维膜时，可通过调节膜材料和制备工艺或者在制备中加入纳米氧化物，在一定程度上可提高中空纤维膜的强度，但是，提高的效果不明显。采用TIPS法制备中空纤维膜，在一定程度上也可提高中空纤维膜的强度，但是，该方法成本高，耗能大，制备出的中空纤维膜的抗污染性不好。
此外，中空纤维膜用于水处理常用MBR工艺，在此工艺运行中，需要高强度和大量地曝气将停留在膜丝表面中的污泥不停地抖掉，以防止造成膜的污染。在该过程中，一方面对膜的强度要求较高，另一方面导致运行成本较高。中空纤维膜用于水处理的另一种工艺是先将污水进行生化处理，然后采用自然沉降的方式进行泥水分离，然后进入浸没式的超滤系统中。在这种水处理工艺中，采用自然沉降的方式存在停留时间长、占地面积大、处理量小和小颗粒物沉降不完全等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供带絮状增强中空纤维膜及其制备方法。
一种带絮状增强中空纤维膜的制备方法，采用湿法纺丝工艺制备中空纤维膜丝，在中空纤维膜丝的外表面，采用带有絮状纤维的长丝进行编织或者钩编，使其成为带絮状增强中空纤维膜。
中空纤维膜丝的外表面附有一层管状外增强体，该管状增强体上附有絮状的纤维、管状外支撑增强体为网状结构。
一种带絮状增强中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合物、溶剂和成孔剂按以下重量比混合：聚合物10-25，溶剂50-70，成孔剂5-15，将其混合物进行搅拌和加热溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机的喷丝头进行纺丝成型，然后进入凝固浴中，使得铸膜液中的溶剂和成孔剂进入凝固液中，聚合物由于发生相转移而成为具有多孔结构的中空纤维膜丝；
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝通过编织机或者钩编机，使带有絮状纤维的长丝在中空纤维丝的表面形成网状结构；
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，从而制备出带絮状增强中空纤维膜。
一种带絮状增强中空纤维膜，包括中空纤维膜丝，中空纤维膜丝的外表面附有一层管状增强体，该管状增强体上带有絮状纤维。
所述的管状增强体为网状多孔结构。
本发明的技术效果是：带絮状增强中空纤维膜一方面通过该中空纤维膜中网状的支撑体来提高中空纤维膜的强度，防止在高曝气的运行过程中发生断裂；另一方面通过该中空纤维膜中的絮状纤维来改善滤饼层结构，从而提高泥水分离效果，其过程如下：在膜池中微生物所需氧气的曝气量下，通过水压和渗透压的作用，使其在带絮状纤维的管状增强体的表面或者膜层表面的絮状纤维上形成一定厚度的滤饼层，混合液通过该滤饼层后实现泥水分离，滤过液进入内部的中空纤维膜进行过滤。当过滤一段时间后，该泥饼层不再起到过滤的作用时，通过膜池中的强曝气将该泥饼层冲刷掉，如此反复运行。因此，采用这种带絮状增强中空纤维膜用于水处理中，可以达到在运行过程中不发生中空纤维膜断丝的情况，还可以降低工艺的运行成本，减少占地面积，减缓膜污染等多重作用。
带絮状增强中空纤维膜用于水处理中，一方面通过该中空纤维膜中网状的支撑体来提高中空纤维膜的强度，防止在高曝气的运行过程中发生断裂；另一方面通过该中空纤维膜中的絮状纤维来来改善滤饼层结构，从而实现泥水分离，不仅可以达到在运行过程中不发生断丝的情况，还可以大幅度降低能耗，提高运行通量，降低对中空纤维膜的污染。
附图说明
图1是本发明带絮状增强中空纤维膜的结构示意图；
图2为图1的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：带絮状增强中空纤维膜的制备方法包括如下步骤：
(1)按照下列材料的重量比进行混合配料，
聚合物聚偏氟乙烯树脂 20；
溶剂二甲基甲酰胺 70；
成孔剂聚乙烯吡咯烷酮 0.5；
成孔剂聚乙二醇 9.5；
所选的聚合物可以为聚偏氟乙烯，聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜的一种或两种。
在65℃左右下进行搅拌溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机进行纺丝成型，制备中空纤维膜丝1的外径为2.0mm，内径为1.0mm。
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝1通过16锭的编织机，带有絮状纤维3的长丝的絮状纤维可以是直的和弯曲的，采用带有絮状纤维3的长丝进行编织，长丝的絮状纤维为0.5mm，长丝的粗度为150D，编织双节距为20mm，使带有絮状纤维3的长丝在中空纤维膜丝1的表面形成管状增强体2，管状增强体2为网状结构。
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，采用30%的甘油，进行浸泡2小时，然后进行晾干，从而制备出带絮状增强中空纤维膜。
带絮状增强中空纤维膜进行了下述性能测定：
1）使用半干法孔径测定仪测定了所得到中空纤维膜的平均孔径是0.1微米。
2）使用拉伸机测定的中空纤维膜的断裂拉伸力是150N。
3）使用通量测定仪在0.lMPa压力下测定的所述中空纤维膜在25℃与1大气压下的纯水通量是550L/m2.h。
实施例2：带絮状增强中空纤维膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇按照下列重量比混合配料，
聚合物聚偏氟乙烯树脂 2；
聚合物聚氯乙烯 17；
溶剂二甲基甲酰胺 70；
成孔剂聚乙烯吡咯烷酮 7；
成孔剂聚乙二醇 4；
在60℃左右下进行搅拌溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机的喷丝头进行纺丝成型，制备中空纤维膜的外径为1.7mm，内径为1.0mm。
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝1通过24锭的编织机，采用的带有絮状纤维3的长度为0.5mm，长丝的粗度为70D，以编织双节距为15mm进行编织，使带有絮状纤维3的长丝在中空纤维的表面形成管状增强体2，管状增强体2为网状结构；
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，采用20%的甘油，进行浸泡4小时，然后进行晾干，从而制备出带絮状增强中空纤维膜。
带絮状增强中空纤维膜的平均孔径是0.1微米，断裂拉伸力是160N；在25℃与1大气压下的纯水通量是350L/m2.h。
实施例3：带絮状增强中空纤维膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯树脂、聚醚砜、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇按照下列重量比混合配料，
聚合物聚偏氟乙烯树脂 17；
聚合物聚醚砜 3；
溶剂二甲基甲酰胺 69；
成孔剂聚乙烯吡咯烷酮 3；
成孔剂聚乙二醇 8；
在70℃左右下进行搅拌溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机的喷丝头进行纺丝成型，制备中空纤维膜丝1的外径为1.0mm，内径为0.5mm。
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝1通过4锭的编织机，采用的絮状纤维的长丝为絮状纤维长度为5mm，长丝的粗度为20D，编织双节距为10mm进行编织，使带有絮状纤维3的长丝在中空纤维膜丝1的表面形成管状增强体2，管状增强体2为网状结构；所选的钩编的针数为8针，钩编密度为16目。
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，采用20%的甘油，进行浸泡4小时，然后进行晾干，从而制备出带絮状增强中空纤维膜。
实施例4：带絮状增强中空纤维膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇按照下列重量比混合配料，
聚合物聚偏氟乙烯树脂 18；
聚合物聚氯乙烯 7；
溶剂二甲基甲酰胺 60；
成孔剂聚乙烯吡咯烷酮 8；
成孔剂聚乙二醇 7；
在55℃左右下进行搅拌溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机的喷丝头进行纺丝成型，制备中空纤维膜丝1的外径为3.0mm，内径为2.0mm。
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝1通过32锭的编织机，以采用带有絮状纤维3的长丝为絮状纤维。长为10mm，长丝的粗度为1000D，以编织双节距为25mm进行编织，使带有絮状纤维3的长丝在中空纤维膜丝1的表面形成网状结构。
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，采用20%的甘油，进行浸泡4小时，然后进行晾干，从而制备出带絮状增强中空纤维膜。
实施例5：
一种带絮状增强中空纤维膜，包括中空纤维膜丝1，中空纤维膜丝1的外表面附有一层管状增强体2，该管状增强体2上带有絮状纤维3。
所述的管状增强体2为网状多孔结构。
中空纤维膜丝1的外径为1-3mm；
带有絮状纤维3的长丝为20D-1000D的人造纤维或天然纤维；
带有絮状纤维3的长丝为直的和弯曲的絮状纤维，絮状纤维的长度为1-10mm；
网状多孔结构的编织锭数为4-32锭，双节距为10-25mm；
网状多孔结构的钩编的针数为3-12针，钩编密度为5-20目。
Claims (6)
1.一种带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于：采用湿法纺丝工艺制备中空纤维膜丝，在中空纤维膜丝的外表面，采用带有絮状纤维的长丝进行编织或者钩编，使其成为带絮状增强中空纤维膜，
包括以下步骤：
(1)将聚合物、溶剂和成孔剂按以下重量比混合：聚合物10-25，溶剂50-70，成孔剂5-15，将其混合物进行搅拌和加热溶解均匀制得铸膜液，将铸膜液通过中空纤维纺丝机的喷丝头进行纺丝成型，然后进入凝固浴中，使得铸膜液中的溶剂和成孔剂进入凝固液中，聚合物由于发生相转移而成为具有多孔结构的中空纤维膜丝；
(2)将收好的连续不断的中空纤维膜丝通过编织机或者钩编机，使带有絮状纤维的长丝在中空纤维丝的表面形成网状结构；
(3)将制备好的带絮状增强中空纤维膜切割成所需要的长度，然后进行后处理，从而制备出带絮状增强中空纤维膜；后处理步骤为：采用甘油水溶液进行浸泡，然后晾干；所选的聚合物为聚偏氟乙烯，聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所选的溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；所选的成孔剂为无机成孔剂或有机成孔剂或者两者的混合物。
3.根据权利要求2所述的带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所选的无机成孔剂为氯化锂、氯化钙、二氧化硅和三氧化二铝中的一种或几种；所选的有机成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羟基类纤维素和甘油中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所纺出的中空纤维膜的外径为1-3mm；带有絮状纤维的长丝的絮状纤维是直的或弯曲的，絮状纤维的长度为1-10mm。
5.根据权利要求1所述的带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所选的编织锭数为4-32锭，双节距为10-25mm；所选的钩编的针数为3-12针，钩编密度为5-20目。
6.根据权利要求1所述的带絮状增强中空纤维膜的制备方法，其特征在于，带有絮状纤维的长丝粗细不同，纤维的且数为20-1000D，是人造纤维或天然纤维。
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