CN104437105A

CN104437105A - 低压中空纤维纳滤膜

Info

Publication number: CN104437105A
Application number: CN201410641402.XA
Authority: CN
Inventors: 朱欣峰; 陈梦泽
Original assignee: NINGBO MOER SENMO ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Anow Microfiltration Co Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-11-14
Also published as: CN104437105B

Abstract

本发明涉及一种低压中空纤维纳滤膜，包括聚砜中空纤维基膜，所述基膜经干燥处理后，在以丙烯酸树脂、羧基型氯醋树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，乙酸丁酯和碳酸二甲酯为溶剂组成的成膜液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜。本发明的低压中空纤维纳滤膜，不仅能有效的去除水中大部分二价离子和小部分一价离子，达到除盐净水效果的同时，能使人体补充到微量的矿物质；另外，本发明还能有效提高家用净水器的得水率和产水量，同时由于低压运行，家用净水器的运行成本和制造成本也大大的降低了。

Description

低压中空纤维纳滤膜

技术领域

本发明属于家用净水技术领域，具体地说是涉及一种低压中空纤维纳滤膜。

背景技术

随着国内水体污染的严重，人们对水质安全越来越重视，很多家庭都安装了家用净水器，一般的家用净水器都是由PP棉、活性炭、超滤、反渗透、椰壳活性炭等过滤材料组成。

现有的家用净水器中，主要采用的是反渗透膜过滤，由于家用反渗透膜的特点，其除盐率非常高，因此出水含盐量基本为零，同时家用反渗透膜需高压运行，一般的其运行压力需0.5MP～0.7MP。现有的家用净水器由于家用反渗透膜的作用，其得水率一般为50%左右，因此水资源浪费严重，且每台家用净水机每日的产水量只有50～100加仑。另外，家用反渗透膜一般为卷式结构，其抗污染能力不强，且清洗工艺复杂，只能定期进行更换，增加了使用成本。

纳滤膜的出现弥补了反渗透与超滤之间的空白，纳滤膜又称疏松型反渗透膜。通常情况，纳滤膜膜的截留相对分子质量界限为200～1000，与截留相对分子质量相对应的膜孔径为1～3nm。目前，现有的纳滤膜都是卷式纳滤膜，卷式纳滤膜主要应用在物料分离行业，其单位填充体积内产水率也很低，同时，因为卷式纳滤膜的生产工艺复杂，其生产成本和使用成本都很高。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种适用于家用净水器的水质净化除盐的低压中空纤维纳滤膜及其制备方法。

一种低压中空纤维纳滤膜，包括聚砜中空纤维基膜，所述基膜经干燥处理后，在以丙烯酸树脂、羧基型氯醋树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，乙酸丁酯和碳酸二甲酯为溶剂组成的成膜液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜。

作为优选，所述基膜由下述方法制得：将N,N-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂在温度为60～100℃的搅拌罐内搅拌30～60min，然后加入聚乙二醇400和聚维酮K25搅拌30～60min，再加入纳米二氧化硅搅拌30～60min，最后加入聚砜搅拌180～600min，静置脱泡600～800min，准备好的铸膜液通过熔体泵挤出，在25～55℃的水浴中成膜。

作为优选，所述N,N-二甲基乙酰胺100重量份、二甲基亚砜20～30重量份、聚乙二醇400 5～15重量份、聚维酮K25 5～10重量份、纳米二氧化硅 0～2重量份、聚砜15～20重量份。

作为优选，所述致密膜由下述方法制得：基膜在25～55℃的清洗水槽中清洗后，在干燥箱中干燥去水份，然后把基膜牵引入致密膜的成膜液中，使用浸渍提拉法，从成膜液中提拉而出，在干燥管中干燥成膜，然后重复提拉、干燥多次，直至成膜厚度达到要求。

作为优选，所述乙酸丁酯100重量份、碳酸二甲酯20～40重量份、丙烯酸树脂 5～10重量份、羧基型氯醋树脂 0～5重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0～1重量份。

作为优选，所述基膜的内径为0.2～0.8mm，外径为0.5～1.4mm。

作为优选，所述致密膜厚度为1～3um，致密膜孔径为1～3nm。本发明所产生的致密膜孔径虽然比芳香聚酰胺致密层孔径偏大，降低了一价盐和二价盐的脱除率，但是在特定的家用行业，能使人体补充到微量的矿物质；不仅满足了净水的要求，而且还能使人体补充所需的微量的矿物盐分。

作为优选，所述N,N-二甲基乙酰胺100重量份、二甲基亚砜20重量份、聚乙二醇400 10重量份、聚维酮K25 5重量份、纳米二氧化硅 1.5重量份、聚砜18重量份。

作为优选，所述乙酸丁酯100重量份、碳酸二甲酯20重量份、丙烯酸树脂 8重量份、羧基型氯醋树脂3重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4重量份。

作为优选，所述提拉速度控制在5～20cm/min，干燥管中干燥温度控制在35～45℃。

本发明选用聚砜（PS）作为基膜成膜材料，其比PVDF、PP等材料更亲水，能更有效的提高低压中空纤维膜的产水率，以纳米二氧化硅作为成孔剂，减小了基膜表面微孔孔径，增加基膜强度了；本发明在致密膜的成膜液中，选用丙烯酸树脂比一般的卷式纳滤膜中的芳香聚酰胺有更好的耐氯性，不仅能提高产品的寿命，更能在某些特定净水工艺中减少工艺段，选用二苯基甲烷二异氰酸酯为交联助剂，改变其用量可改变致密层成膜微孔孔径，从而改变低压中空纤维纳滤膜的产水通量和截留率。

本发明所生产的低压中空纤维纳滤膜产水量能达到100～200L/(m2.h)，同时其单位填充体积内的产水量远远大于家用反渗透膜。本发明所生产的低压中空纤维纳滤膜运行压力在0.2～0.3MP，远远低于家用反渗透膜0.5～0.7MP的运行压力，在家用净水设备中，能去除高压泵这个动力源，减少了家用净水设备制造成本和运行成本。本发明所生产的低压中空纤维纳滤膜得水率可达到90%以上，提高了水资源的利用率。

本发明的低压中空纤维纳滤膜，不仅能有效的去除水中大部分二价离子和小部分一价离子，达到除盐净水效果的同时，能使人体补充到微量的矿物质；另外，本发明还能有效提高家用净水器的得水率和产水量，同时由于低压运行，家用净水器的运行成本和制造成本也大大的降低了。

附图说明

图1是本发明低压中空纤维纳滤膜的制备流程图；

图2是本发明低压中空纤维纳滤膜的电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

参照图1，图2，一种低压中空纤维纳滤膜，包括聚砜中空纤维基膜，所述基膜经干燥处理后，在以丙烯酸树脂、羧基型氯醋树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，乙酸丁酯和碳酸二甲酯为溶剂组成的成膜液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜。

所述基膜由下述方法制得：以聚砜（PS）为膜材料，N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基亚砜（DMSO）为溶剂，聚乙二醇400（PEG400)、聚维酮K25、纳米二氧化硅（SiO₂)为成孔剂，采用相转化法制备聚砜中空纤维基膜；具体为：所述基膜由下述方法制得：将N,N-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂在温度为60～100℃的搅拌罐1内搅拌30～60min，然后加入聚乙二醇400和聚维酮K25搅拌30～60min，再加入纳米二氧化硅搅拌30～60min，最后加入聚砜搅拌180～600min，静置脱泡600～800min，准备好的铸膜液通过熔体泵挤出，落入水槽2中，在25～55℃的水浴中成膜，然后在25～55℃的清洗水槽3中清洗。

所述致密膜由下述方法制得：基膜经干燥处理后，在以丙烯酸树脂、羧基型氯醋树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，乙酸丁酯和碳酸二甲酯（DMC）为溶剂的有机溶液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜；具体为：基膜在在干燥箱4中干燥去水份，然后把基膜牵引入装有准备好的致密膜的成膜液的料液池5中，使用浸渍提拉法，从成膜液中提拉而出，在干燥管6中干燥成膜，然后重复提拉、干燥多次，直至成膜厚度达到要求后，经收卷机7收卷。

其中，所述N,N-二甲基乙酰胺100份、二甲基亚砜20～30份、聚乙二醇400 5～15份、聚维酮K25 5～10份、纳米二氧化硅 0～2份、聚砜15～20份；所述致密膜由下述重量份的组份组成：乙酸丁酯100份、碳酸二甲酯20～40份、丙烯酸树脂 5～10份、羧基型氯醋树脂 0～5份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0～1份。所述乙酸丁酯100重量份、碳酸二甲酯20～40重量份、丙烯酸树脂 5～10重量份、羧基型氯醋树脂 0～5重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0～1重量份。

实施例1

一种低压中空纤维纳滤膜，所述低压中空纤维纳滤膜包括聚砜中空纤维基膜及基膜上的致密膜，所述基膜制备过程中：N,N-二甲基乙酰胺100份、二甲基亚砜20份、聚乙二醇400 10份、聚维酮K25 5份、纳米二氧化硅 1.5份、聚砜18份；所述致密膜由下述重量份的组份组成：乙酸丁酯100份、碳酸二甲酯20份、丙烯酸树脂 8份、羧基型氯醋树脂3份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4份。

实施例2

一种低压中空纤维纳滤膜，所述低压中空纤维纳滤膜包括聚砜中空纤维基膜及基膜上的致密膜，所述基膜制备过程中：N,N-二甲基乙酰胺100份、二甲基亚砜20份、聚乙二醇400 10份、聚维酮K25 5份、聚砜18份；所述致密膜由下述重量份的组份组成：乙酸丁酯100份、碳酸二甲酯20份、丙烯酸树脂 8份、羧基型氯醋树脂3份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4份。

实施例3

一种低压中空纤维纳滤膜，所述低压中空纤维纳滤膜包括聚砜中空纤维基膜及基膜上的致密膜，所述基膜制备过程中：N,N-二甲基乙酰胺100份、二甲基亚砜30份、聚乙二醇400 10份、聚维酮K25 5份、聚砜18份；所述致密膜由下述重量份的组份组成：乙酸丁酯100份、碳酸二甲酯20份、丙烯酸树脂 8份、羧基型氯醋树脂3份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4份。

实施例4

一种低压中空纤维纳滤膜，所述低压中空纤维纳滤膜包括聚砜中空纤维基膜及基膜上的致密膜，所述基膜制备过程中：N,N-二甲基乙酰胺100份、二甲基亚砜30份、聚乙二醇400 10份、聚维酮K25 5份、纳米二氧化硅1.5份、聚砜18份；所述致密膜由下述重量份的组份组成：乙酸丁酯100份、碳酸二甲酯20份、丙烯酸树脂 8份、羧基型氯醋树脂3份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4份。

实施例1～4各组分组成及其性能如表1所示：

表1

将实施例1和2，3和4进行对比，结果表明，加入纳米二氧化硅能有效的提高基膜的拉伸强度，减小基膜表面的微孔直径，同时降低了基膜的产水通量。

将实施例1和3，2和4进行对比，结果表明，改变DMSO的加入量，能改变基膜的产水通量和强度。

实施例5～8

一种低压中空纤维纳滤膜，致密膜制备过程中各成分用量及其性能如表2所示；

表2

结果表明，二苯基甲烷二异氰酸酯能改变低压中空纤维纳滤膜的致密膜孔径，同时，随着孔径的变小，其产水通量也会随之减小，而一价盐和二价盐的截留率反之上升。

实施例9

参照图1，一种低压中空纤维纳滤膜，包括下述步骤制备得到：

（1）以聚砜（PS）为膜材料，N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基亚砜（DMSO）为溶剂，聚乙二醇400（PEG400)、聚维酮K25、纳米二氧化硅（SiO₂)为成孔剂，采用相转化法制备聚砜中空纤维基膜；具体为：将100重量份DMAC和25重量份DMSO溶剂在温度为70℃的搅拌罐1内搅拌60min，然后加入12重量份PEG400和10重量份K25搅拌40min，再加入2重量份SiO₂搅拌60min，最后加入20重量份PS搅拌300min，静置脱泡600min，准备好的铸膜液通过熔体泵挤出，落入水槽2中，在45℃的水浴中成膜，然后在40℃的清洗水槽3中清洗；

（2）将基膜经行干燥处理，使其基本不含水份后，采用浸渍提拉法，在以10重量份丙烯酸树脂、5重量份羧基型氯醋树脂、0.8重量份二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，100重量份乙酸丁酯和40重量份碳酸二甲酯（DMC）为溶剂的有机溶液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜；具体为：将制备好的聚砜中空纤维基膜在干燥箱4中干燥去水份，然后把用牵引轮把基膜牵引入装有准备好的致密层成膜料液的料液池5中，使用浸渍提拉法，缓慢的把基膜从成膜料液中提拉而出，提拉速度控制在10cm/min，在干燥管6中干燥成膜，干燥温度控制在45℃，然后重复以上方法多次，直至成膜厚度达2um后，经收卷机7收卷。

将上述制备的到的低压中空纤维纳滤膜与家用反渗透膜、卷式纳滤膜进行对比，结果如表3所示：

表3

结果表明，本发明所生产的低压中空纤维纳滤膜一价盐和和二价盐截留率低于家用反渗透膜和卷式纳滤膜，但是具有产水通量大，运行压力低，使用寿命长，制作成本低等优点，同时，由于自来水中本身含盐量不高，而且人体补充的水份需求微量的矿物盐分，因此非常符合家用净水行业的需求，可迅速占领家用净水行业，代替家用反渗透膜和前道活性炭工艺。

Claims

1.一种低压中空纤维纳滤膜，包括聚砜中空纤维基膜，其特征在于：所述基膜经干燥处理后，在以丙烯酸树脂、羧基型氯醋树脂、二苯基甲烷二异氰酸酯为溶质，乙酸丁酯和碳酸二甲酯为溶剂组成的成膜液中浸渍提拉上致密膜后制备得到低压中空纤维纳滤膜。

2.根据权利要求1所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述基膜由下述方法制得：将N,N-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂在温度为60～100℃的搅拌罐内搅拌30～60min，然后加入聚乙二醇400和聚维酮K25搅拌30～60min，再加入纳米二氧化硅搅拌30～60min，最后加入聚砜搅拌180～600min，静置脱泡600～800min，准备好的铸膜液通过熔体泵挤出，在25～55℃的水浴中成膜。

3.根据权利要求2所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述N,N-二甲基乙酰胺100重量份、二甲基亚砜20～30重量份、聚乙二醇400 5～15重量份、聚维酮K25 5～10重量份、纳米二氧化硅 0～2重量份、聚砜15～20重量份。

4.根据权利要求1所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述致密膜由下述方法制得：基膜在25～55℃的清洗水槽中清洗后，在干燥箱中干燥去水份，然后把基膜牵引入致密膜的成膜液中，使用浸渍提拉法，从成膜液中提拉而出，在干燥管中干燥成膜，然后重复提拉、干燥多次，直至成膜厚度达到要求。

5.根据权利要求1或4所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述乙酸丁酯100重量份、碳酸二甲酯20～40重量份、丙烯酸树脂 5～10重量份、羧基型氯醋树脂 0～5重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0～1重量份。

6.根据权利要求1所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述基膜的内径为0.2～0.8mm，外径为0.5～1.4mm。

7.根据权利要求1所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述致密膜厚度为1～3um，致密膜孔径为1～3nm。

8.根据权利要求3所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述N,N-二甲基乙酰胺100重量份、二甲基亚砜20重量份、聚乙二醇400 10重量份、聚维酮K25 5重量份、纳米二氧化硅 1.5重量份、聚砜18重量份。

9.根据权利要求5所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述乙酸丁酯100重量份、碳酸二甲酯20重量份、丙烯酸树脂 8重量份、羧基型氯醋树脂3重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯 0.4重量份。

10.根据权利要求4所述的低压中空纤维纳滤膜，其特征在于：所述提拉速度控制在5～20cm/min，干燥管中干燥温度控制在35～45℃。