CN105126654A - 一种中空纤维正渗透膜以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中空纤维正渗透膜，包括支撑管和正渗透分离层，正渗透分离层设置在支撑管的外部圆周方向，支撑管为无机或有机聚合物材料编织而成的支撑管。本发明还涉及一种中空纤维正渗透膜的制备方法，包括以下步骤S1：将支撑管浸入水相单体溶液中，取出后吸干表层液体；S2：然后浸入有机相单体溶液中，取出后吸干外表面液体；然后进行热处理；S3：对经过热处理后的支撑管用去离子水冲洗，制得内支撑管中空纤维正渗透膜。本发明的有益效果在于，提供一种中空纤维正渗透膜以及制备方法，该中空纤维正渗透膜具有较好的力学性能、良好的透水性和抗污染性，同时该制备方法具有工艺简单、制备成本低且制备过程易控等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种中空纤维正渗透膜以及制备方法。
背景技术
正渗透技术是近年来发展起来的一种新型膜分离技术。它是一种依靠渗透压驱动的膜分离过称，即水通过选择性半透膜从较高水化学势区域(低渗透压侧)自发地扩散到较低水化学势区域(高渗透压侧)的过程。正渗透膜技术拥有广泛的应用前景，在海水淡化、盐水浓缩、食品加工，污水处理等领域具有很高的应用前景。与反渗透技术相比，正渗透技术有下述有点：正渗透是只需克服流动阻力，对膜组件材质无任何要求；正渗透在分离过程中水的回收率高于反渗透过程，而且无浓水排放，对环境污染小；正渗透是非压力驱动过程，可有效的降低膜污染；正渗透是一种自发的过程，在分离过程中不需要外界提供能量。对于一个优质的正渗透膜来说，它不仅要有较合适厚度，以便让原液尽量接近驱动液，从而保持高的渗透压；同时，它还要有较好的强度，从而可以在运行过程中抵抗中运行压力。因此，制备一种适合于正渗透分离过程的正渗透膜是十分有必要的。
目前，大部分正渗透膜是通过界面聚合法制备的。该方法是在支撑体上，通过界面聚合反应复合一层具有纳米孔径的超薄分离层。目前，大部分正渗透膜组件为平板膜型式，该型式膜组件具有比表面积小，膜清洗困难，膜组件填充率低等问题。因此，基于界面聚合方法制备的内支撑结构中空纤维复合正渗透膜是分离膜领域的一个新热点。本发明将支撑管作为支撑体结构，在支撑管外层表面，采用界面聚合法制备中空纤维正渗透膜。该种型式的正渗透膜可以有效提高膜表面的抗污染性，并提高膜的填充率。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种中空纤维正渗透膜以及制备方法，该制备方法生产的中空纤维正渗透膜具有较好的力学性能、良好的透水性和抗污染性，同时该制备方法具有工艺简单、制备成本低且制备过程易控等特点。
本发明提供了一种中空纤维正渗透膜，包括支撑管和正渗透分离层，所述正渗透分离层设置在所述支撑管的外部圆周方向，所述支撑管的外径为0.5～2.3mm，所述支撑管的壁厚为0.1～0.7mm，所述支撑管为无机或有机聚合物材料编织而成的支撑管。
可选的，所述支撑管的外径为0.5～2.0mm，所述支撑管的壁厚为0.3～0.7mm。
可选的，所述支撑管的外径为1.0mm，所述支撑管的壁厚为0.5mm。
可选的，所述支撑管的无机编织材料为蚕丝、铜丝、不锈钢丝、泡沫镍、氧化锆或氧化铝金属筛网中的一种或多种。
可选的，所述支撑管的有机聚合物编织材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺，聚氯乙烯，聚氨基甲酸酯，聚酰胺，聚丙烯晴，聚丙烯，聚乙烯，聚乙烯醇缩甲醛中的任意一种或多种。
可选的，所述纳滤分离层的材料为聚酰胺。
本发明还提供一种中空纤维正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将支撑管浸入20～50摄氏度的水相单体溶液中2～480秒，取出后吸干表层液体；
S2：然后浸入20～50摄氏度的有机相单体溶液中2～300秒，取出后吸干外表面液体；然后在50～120摄氏度的环境中进行热处理1～30分钟；
S3：对所述经过热处理后的支撑管用去离子水冲洗20～40s，制得内支撑管中空纤维正渗透膜。
可选的，所述水相单体溶液为多元胺类中的一种溶解于水溶液中形成的水相单体溶液，其中所述多元胺类为芳香族和脂肪族两类，所述芳香族包括间苯二胺，对苯二胺，邻苯二胺，均苯三按，4-甲基间苯二胺，间苯二胺-5-磺酸，N,N-二甲基间苯二胺和聚间氨基苯乙烯，所述脂肪族包括哌嗪，1,4-环己二胺，聚乙烯醇、壳聚糖，聚乙烯胺和多胺基聚氧乙烯。
可选的，所述有机相单体溶液为酰氯和异氰酸酯中的一种溶解于烷烃中形成的有机相单体溶液，其中酰氯和异氰酸酯均包括芳香族和脂肪族两类，其中所述芳香族包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯,均苯三甲酰氯，甲基间苯二异氰酸酯,5-氧甲酰氯-异酞酰氯,5-异氰酸酯-异酞酰氯和甲基间苯二异氰酸酯，所述脂肪族包括1,3,5-环乙烷三甲酰氯和1,3,4-环戊烷三酰氯。
本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供一种中空纤维正渗透膜以及制备方法，通过该制备方法制备得到的中空纤维正渗透膜具有填充率高，抗污染且容易清洗，膜有效面积大，有较高的渗透性；同时，该中空纤维正渗透膜额制备方法具有工艺简单、制备成本低且制备过程易控等优点。
附图说明
图1为本发明提供的中空纤维正渗透膜的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：本发明实施例的一种中空纤维正渗透膜，包括支撑管1和正渗透分离层2，所述正渗透分离层设置在所述支撑管的外部圆周方向，所述支撑管的外径为0.5～2.3mm，所述支撑管的壁厚为0.1～0.7mm，所述支撑管为无机或有机聚合物材料编织而成的支撑管，本发明将支撑管作为支撑体结构，在支撑管外层表面，采用界面聚合法制备中空纤维正渗透膜，该种型式的正渗透膜可以有效提高膜表面的抗污染性，并提高膜的填充率。
作为上述实施例的优选实施方式，所述支撑管的外径为0.5～2.0mm，所述支撑管的壁厚为0.3～0.7mm。
作为上述实施例的优选实施方式，所述支撑管的外径为1.0mm，所述支撑管的壁厚为0.5mm。
作为上述实施例的优选实施方式，所述支撑管的无机编织材料为蚕丝、铜丝、不锈钢丝、泡沫镍、氧化锆或氧化铝金属筛网中的一种或多种。
作为上述实施例的优选实施方式，所述支撑管的有机聚合物编织材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺，聚氯乙烯，聚氨基甲酸酯，聚酰胺，聚丙烯晴，聚丙烯，聚乙烯，聚乙烯醇缩甲醛中的任意一种或多种。
作为上述实施例的优选实施方式，所述纳滤分离层的材料为聚酰胺。
本发明还提供本发明还提供一种中空纤维正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：S1：将支撑管浸入20～50摄氏度的水相单体溶液中2～480秒，取出后吸干表层液体；S2：然后浸入20～50摄氏度的有机相单体溶液中2～300秒，取出后吸干外表面液体；然后在50～120摄氏度的环境中进行热处理1～30分钟；S3：对所述经过热处理后的支撑管用去离子水冲洗20～40s，制得内支撑管中空纤维正渗透膜；通过该制备方法制备得到的中空纤维正渗透膜具有填充率高，抗污染且容易清洗，膜有效面积大，有较高的渗透性；同时，该中空纤维正渗透膜额制备方法具有工艺简单、制备成本低且制备过程易控等优点。
作为上述实施例的优选实施方式，所述水相单体溶液为多元胺类中的一种溶解于水溶液中形成的水相单体溶液，其中所述多元胺类为芳香族和脂肪族两类，所述芳香族包括间苯二胺(MPD)，对苯二胺(PPD)，邻苯二胺(OPD)，均苯三按(BTA)，4-甲基间苯二胺(MMPD)，间苯二胺-5-磺酸(SMPD)，N,N-二甲基间苯二胺(DMMPD)和聚间氨基苯乙烯(PmAS)，所述脂肪族包括哌嗪(PIP)，1,4-环己二胺(HAD)，聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CS)，聚乙烯胺(PEI)和多胺基聚氧乙烯(MAPEG)。
作为上述实施例的优选实施方式，所述有机相单体溶液为酰氯和异氰酸酯中的一种溶解于烷烃中形成的有机相单体溶液，其中酰氯和异氰酸酯均包括芳香族和脂肪族两类，其中所述芳香族包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯,均苯三甲酰氯(TMC)，甲基间苯二异氰酸酯,5-氧甲酰氯-异酞酰氯,5-异氰酸酯-异酞酰氯(ICIC)和甲基间苯二异氰酸酯，所述脂肪族包括1,3,5-环乙烷三甲酰氯和1,3,4-环戊烷三酰氯。
实施例1
第一步，配置水相和有机相溶液：取10g间苯二胺和2g氢氧化钠溶于150g水箱中配置水相溶液，取10g间苯二甲酰氯溶于190g正辛烷中配置有机相溶液；
第二步，在支撑管1外表面进行界面反应制备纳滤分离层2：将支撑管放入25℃的水相溶液中60秒，然后对支撑管表面进行吹扫，除去表面多余的水相溶液，然后浸入25℃的有机相溶液60秒，取出后进入100℃的热处理通道处理1分钟，之后使用去离子水冲洗30秒，制得内支撑管中空纤维正渗透膜，其中所述支撑管1与正渗透膜2之间以酰胺键链接。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种中空纤维正渗透膜，其特征在于：包括支撑管和正渗透分离层，所述正渗透分离层设置在所述支撑管的外部圆周方向，所述支撑管的外径为0.5～2.3mm，所述支撑管的壁厚为0.1～0.7mm，所述支撑管为无机或有机聚合物材料编织而成的支撑管。
2.根据权利要求1所述的中空纤维正渗透膜，其特征在于，所述支撑管的外径为0.5～2.0mm，所述支撑管的壁厚为0.3～0.7mm。
3.根据权利要求2所述的中空纤维正渗透膜，其特征在于，所述支撑管的外径为1.0mm，所述支撑管的壁厚为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的中空纤维正渗透膜，其特征在于，所述支撑管的无机编织材料为蚕丝、铜丝、不锈钢丝、泡沫镍、氧化锆或氧化铝金属筛网中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的中空纤维正渗透膜，其特征在于，所述支撑管的有机聚合物编织材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺，聚氯乙烯，聚氨基甲酸酯，聚酰胺，聚丙烯晴，聚丙烯，聚乙烯，聚乙烯醇缩甲醛中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的中空纤维正渗透膜，其特征在于，所述纳滤分离层的材料为聚酰胺。
7.一种中空纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将支撑管浸入20～50摄氏度的水相单体溶液中2～480秒，取出后吸干表层液体；
S2：然后浸入20～50摄氏度的有机相单体溶液中2～300秒，取出后吸干外表面液体；然后在50～120摄氏度的环境中进行热处理1～30分钟；
S3：对所述经过热处理后的支撑管用去离子水冲洗20～40s，制得内支撑管中空纤维正渗透膜。
8.根据权利要求7所述的中空纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于，所述水相单体溶液为多元胺类中的一种溶解于水溶液中形成的水相单体溶液，其中所述多元胺类为芳香族和脂肪族两类，所述芳香族包括间苯二胺，对苯二胺，邻苯二胺，均苯三按，4-甲基间苯二胺，间苯二胺-5-磺酸，N,N-二甲基间苯二胺和聚间氨基苯乙烯，所述脂肪族包括哌嗪，1,4-环己二胺，聚乙烯醇、壳聚糖，聚乙烯胺和多胺基聚氧乙烯。
9.根据权利要求7所述的中空纤维正渗透膜的制备方法，其特征在于，所述有机相单体溶液为酰氯和异氰酸酯中的一种溶解于烷烃中形成的有机相单体溶液，其中酰氯和异氰酸酯均包括芳香族和脂肪族两类，其中所述芳香族包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯,均苯三甲酰氯，甲基间苯二异氰酸酯,5-氧甲酰氯-异酞酰氯,5-异氰酸酯-异酞酰氯和甲基间苯二异氰酸酯，所述脂肪族包括1,3,5-环乙烷三甲酰氯和1,3,4-环戊烷三酰氯。
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