CN103463994A

CN103463994A - 净水杯用聚砜中空纤维膜及制备方法

Info

Publication number: CN103463994A
Application number: CN2013103089968A
Authority: CN
Inventors: 王亮; 张宏伟; 郭幸斐; 汪善贵; 张朝晖; 董冰洁; 熊欢
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明涉及一种用于净水杯的聚砜中空纤维膜，该膜壁厚为40～100μm，膜的内径为200～400μm，膜孔为0.03～0.05μm，水通量达到7000L／(m²·h)(0.1MPa)。该膜是由包含包括15～30wt％的聚砜树脂、40～60wt％的纺丝溶剂、20～40wt％的致孔剂、1～10wt％的添加剂的纺丝原液经干-湿法纺丝工艺制得。该膜制成滤芯后，可在无外加动力条件下单靠水自身重力用于自来水的净化。

Description

净水杯用聚砜中空纤维膜及制备方法

技术领域

本发明涉及一种可用于净水杯的聚砜中空纤维膜，以及其制备方法。

背景技术

净水杯是通过过滤介质将水中的致病微生物滤除从而达到消毒的目的，其过滤介质主要是内置中空纤维膜滤芯。中空纤维膜滤芯的过滤精度要求截留水中的致病菌、寄生虫、虫卵、泥沙、尘埃等，使过滤后的水能够直接饮用。净水杯原水水源可以是湖水、河水、泉水、雨水等。随着人们对于高品质用水的需求，家庭自来水作为水源经净水杯过滤后，其水质、口感更佳。由于净水杯携带方便，过滤精度高，尤其是不需要外部动力驱动(例如净水机需要电源、高压泵设备)，仅仅依靠重力就可以进行过滤，使得其特别适合部队单兵野外作战和训练、应急用水以及家庭使用。目前国内净水杯所使用的滤芯多数是精密PP棉+活性炭，而不是更为先进的中空纤维膜滤芯，少数净水杯中使用的中空纤维膜滤芯也需要依赖进口。

发明内容

本发明的目的是提供了一种净水杯用聚砜中空纤维膜，该膜的膜孔径为0.03～0.05μm，能够截留水中的致病菌、寄生虫、虫卵、泥沙、尘埃等，且水通量较大，可以在不需要外部动力驱动，仅仅依靠水自身重力就可以进行过滤，使得其特别适合部队单兵野外作战和训练、应急用水以及家庭使用。

本发明涉及一种净水杯用聚砜中空纤维膜，其特征在于：该膜是由15～30wt％的聚砜树脂、40～60wt％的纺丝溶剂、20～40wt％的致孔剂、1～10wt％的添加剂的纺丝原液经干-湿法纺丝工艺制得。所述的聚砜中空纤维膜的纤维内径为200～400μm，膜的壁厚为40～100μm。所述的纺丝溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或他们的混合物。所述的致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、或者他们的混合物。所述的添加剂为乙醇、吐温、水、或者他们的混合物。

本发明还涉及一种净水杯用聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于：纺丝原液包括15～30wt％的聚砜树脂、40～60wt％的纺丝溶剂、20～40wt％的致孔剂、1～10wt％的添加剂。纺丝原液经脱泡、纺丝、拉伸、水洗、干燥获得中空纤维膜。具体包括下列步骤：

(1)纺丝原液的制备

将聚砜树脂在真空干燥箱中经80～110℃条件下，15～20小时后烘干，然后移入纺丝罐，在搅拌下加入纺丝溶剂，在35～70℃范围内溶解6～10小时，然后在纺丝罐中缓慢加入致孔剂和添加剂，在40～90℃范围内溶解3～8小时，随后静止脱泡20～30小时。所述的聚砜、纺丝溶剂、致孔剂和添加剂剂的重量百分比分别为15～30％、40～60％、20～40％、1～10％。

(2)干-湿法纺丝制备中空纤维膜

纺丝罐与氮气瓶相连，通过调节氮气瓶的压力从而控制纺丝罐压力为0.05～0.2Mpa，在压差作用下纺丝原液经过滤网进入插入管式喷丝板，然后进入一定温度和湿度的空气中，经20～700mm的过程后，进入温度为30～70℃的第一凝固浴和温度为20～60℃的第二凝固浴，形成中空纤维膜。

本发明还涉及上述聚砜中空纤维膜用作净水杯的用途。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、本发明所提供的聚砜中空纤维膜膜孔径分布较为均匀。

2、本发明所提供的聚砜中空纤维膜水通量较大，可以在不需要外部动力驱动，仅仅依靠水自身重力就可以进行过滤，使得其特别适合部队单兵野外作战和训练、应急用水以及家庭使用。

3、本发明所提供的聚砜中空纤维膜做成滤芯后水通量衰减较慢。

4、本发明所提供的聚砜中空纤维膜制备工艺简单，原材料易得，容易实现工业化。

附图说明

图：极低压力下纯水通量测试装置示意图(单位：mm)

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

将聚砜18wt％在真空干燥箱中经85℃条件下，烘干15小时，然后移入纺丝罐，在搅拌下加入50wt％的纺丝溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮，在60℃范围内溶解8小时，然后在纺丝罐中缓慢加入27wt％聚乙二醇20000和5wt％的吐温80，在70℃范围内溶解6小时，随后静止脱泡20小时。通过调节氮气瓶的压力从而控制纺丝罐压力为0.1MPa，在压差作用下纺丝原液经过滤网进入插入管式喷丝板，经150mm的干程后，进入温度为50℃的第一凝固浴和温度为40℃的第二凝固浴，形成初生膜。卷绕速度为21m／min，制得的中空纤维膜内径为0.22mm，纤维壁厚为0.07mm，膜孔径为0.04μm，中空纤维内圆圆整，表观无缺陷。

利用如下方法测试本发明的聚砜中空纤维膜的纯水通量：将制得的聚砜中空纤维膜在60℃下真空干燥24小时，然后将一束聚砜中空纤维膜浇铸成U型膜组件，利用纯水通量测试装置进行水通量的测试。由于已知聚砜中空纤维膜的根数、长度和膜的外径，由此可计算得出膜组件的面积，进而可计算得出聚砜中空纤维膜的纯水通量。表1列出了测试纯水通量的各项数据。

表1测试纯水通量的各项数据

Figure 913738DEST_PATH_GSB0000115799750000031

利用如下方法测试本发明的聚砜中空纤维膜在极低压力下的纯水通量：将5根聚砜中空纤维膜一端用细绳系紧(如说明书附图所示)，放入20ml移液管中，移液管的底部和膜丝接触的位置用硅橡胶封口，待硅橡胶凝固后，在移液管中加入高度为210mm的纯水，利用秒表测量过滤高度为180mm纯水所需的时间，由此可计算得出膜丝的纯水通量。表2列出了测试极低压力下纯水通量的结果。

表2极低压力下纯水通量测试结果

Figure 830879DEST_PATH_GSB0000115799750000041

经测试，膜过滤出水中细菌总数和大肠菌群均未检出。

以上对本发明做了事例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于净水杯的聚砜中空纤维膜，其特征在于：由15～30wt％的聚砜树脂、40～60wt％的纺丝溶剂、20～40wt％的致孔剂、1～10wt％的添加剂的纺丝原液经干-湿法纺丝工艺制得。

2.根据权利要求1所述的聚砜中空纤维膜，其特征在于：所述的共混膜的纤维内径为200～400μm，膜的壁厚为40～100μm。

3.根据权利要求1所述的聚砜中空纤维膜，其特征在于：所述的纺丝溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或它们的混合物。

4.根据权利要求1所述的聚砜中空纤维膜，其特征在于：所述的致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、或者它们的混合物。

5.根据权利要求1所述的聚砜中空纤维膜，其特征在于：所述的添加剂为乙醇、吐温、水、或者它们的混合物。

6.一种权利要求1所述的净水杯用聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于：纺丝原液包括15～30wt％的聚砜树脂、40～60wt％的纺丝溶剂、20～40wt％的致孔剂、1～10wt％的添加剂；纺丝原液经脱泡、纺丝、拉伸、水洗、干燥获得中空纤维膜；所述的纺丝溶剂、致孔剂和添加剂分别如权利要求3、权利要求4和权利要求5所述。

7.根据权利要求6所述的净水杯用聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(1)纺丝原液的制备

将聚砜树脂在真空干燥箱中经80～110℃条件下，15～20小时后烘干，然后移入纺丝罐，在搅拌下加入纺丝溶剂，在35～70℃范围内溶解6～10小时，然后在纺丝罐中缓慢加入致孔剂和添加剂，在40～90℃范围内溶解3～8小时，随后静止脱泡20～30小时；所述的聚砜、纺丝溶剂、致孔剂和添加剂剂的重量百分比分别为15～30％、40～60％、20～40％、1～10％；

(2)干-湿法纺丝制备中空纤维膜

纺丝罐与氮气瓶相连，通过调节氮气瓶的压力从而控制纺丝罐压力为0.05～0.2MPa，在压差作用下纺丝原液经过滤网进入插入管式喷丝板，然后进入温度范围为10～40℃和湿度为20～80％的空气中，经20～700mm的干程后，进入温度为30～70℃的第一凝固浴和温度为20～60℃的第二凝固浴，形成中空纤维膜。

8.权利要求1所述的聚砜中空纤维膜过滤压力为0～100cm水压。

9.权利要求1所述的聚砜中空纤维膜为外压膜。

10.权利要求1所述的聚砜中空纤维膜用作净水杯滤芯。