CN105251380B - 一种可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜 - Google Patents
一种可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜。由以下重量含量的各成分制备得到，10‑25％高分子聚合物1；10‑25％高分子聚合物2；1‑5％共聚偶联剂；1‑5％亲水剂；1‑5％疏水剂；30‑70％稀释剂；2‑20％成孔剂。所得均满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112‑2008“超滤膜及其组件”的要求；可同时用于水处理过滤膜和气体分离膜；抗污性好，易清洗；减少反洗用水，从而提高产水量；生产工艺适应性好；工艺过程简单，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及膜领域，尤其涉及一种可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜。
背景技术
中空纤维膜广泛用于工业及市政污水的处理、饮用水净化、中水回用、食品加工、生物医药和气体分离等各种领域的过滤或分离。
专利ZL201010209047.0的“纤维丝增强复中空纤维膜的制造方法”就介绍了一种亲水膜的制造方法，但只是亲水膜。可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜还没有。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜。
为实现上述目的，本发明提供一种中空纤维水气二用膜，其特征在于，由以下重量含量的各成分制备得到，
进一步，由以下重量含量的各成分制备得到，
更进一步，由以下重量含量的各成分制备得到，
进一步，所述高分子聚合物1选自于聚醚砜、聚砜、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或一种以上的混合物。
进一步，所述高分子聚合物2选自于聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、含氟聚合物中的一种或一种以上的混合物。
进一步，所述共聚偶联剂是由一亲水性单体和一疏水性单体在催化剂作用下共聚生产的具有两性性能的低聚物。
进一步，所述亲水剂是乙基纤维素、聚乙烯醇、吐温-80中的一种。
进一步，所述疏水剂是有机硅化合物、含氟化合物或高级烷烃化合物。
进一步，所述稀释剂是高沸点的在机溶剂；具体的，是邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、对二甲苯、磷酸三丁酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的混合物。
进一步，所述成孔剂是一种即可溶于溶剂又可溶于水的低分子量聚合物；具体的，是聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200-30000道尔顿，聚乙二醇的分子量为200-30000道尔顿。
进一步，制备方法为，将所需各成分配成制膜料，通过双螺杆挤出成型机加热，优选温度150-400℃；熔融混合均匀经中空纤维膜模口挤出后冷却成膜，其中的纤维管通压缩空气或高沸点非溶剂作为芯液成纤维管状，然后进入气相或液相分离槽中，制膜料中的稀释剂、成孔剂等分离进入槽中，制出具有亲水和疏水相相镶并存的中空纤维水气二用膜。
高分子聚合物1和2需要有一定量和比例，其中一种组份太多的话，会影响另一种组份的通道形成和数量，如高分子聚合物1重量大于25％或高分子聚合物2重量小于10％，由于是以亲水性高分子聚合物1占了很高比例,形成了连续的亲水性通道，而疏水性结构为不连续的岛状结构或极少连通的疏水性通道,生产出膜的疏水性/气体通道就几乎没有,而成为普通的亲水膜；反之也一样,即高分子聚合物1重量小于10％或高分子聚合物2重量大于25％，由于是以疏水性高分子聚合物2占了很高比例,形成了连续的疏水性通道，而亲水性结构为不连续的岛状结构或极少连通的亲水性通道,生产出膜的亲水性/水通道就几乎没有,而成为普通的气体膜。所以本发明的申请人经过研究，创造性的发现高分子聚合物1为10-25重量％；高分子聚合物2为10-25重量％时，能形成同时用于水处理过滤膜和气体分离的中空纤维水气二用膜。
高分子聚合物2是具有疏水性的聚合物，非极性或极性很小。
特殊共聚偶联剂是由一亲水性单体(高分子聚合物1单体)和一疏水性单体(高分子聚合物2单体)在催化剂作用下共聚生产的具有两性性能的低聚物，因而有很好的偶联性，它促使高分子聚合物1与高分子聚合物2能很好相混合加工成膜，形成亲水和疏水相镶并存的膜。
所述亲水剂与高分子聚合物1作用形成水的通道。
所述疏水剂与高分子聚合物2作用形成气体通道。
本发明主要是结合不同性能的聚合物制造出特殊性能的中空纤维膜，来达到即可用于水处理过滤膜，也能用于气体分离膜，并且也可用于水气分离等场合，达到一膜多用的效果，同时能提高膜的抗污染性能和清洗速度。
本发明实施例所得中空纤维水气二用膜纯水通量均满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
有益效果：
1、一膜多用，即可用于水处理过滤膜，也能用于气体分离膜；
2、由于具有水气二种膜的性能，其亲水性和疏水性相间存在，因而提高了抗粘附性，抗污性好，易清洗；
3、可用气、水或气水混合反洗，提高除污速度和效率,并且减少反洗用水，从而提高产水量；
4、生产工艺适应性好，可用热致相法工艺生产，因此可选择的原料、添加剂的范围也很广，为生产出高性能和各种特殊要求的膜提供技术保障；
5、采用了中空纤维膜式，一次压出成型，工艺过程简单，生产效率高。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：中空纤维水气二用膜的制备
表1实施例1-5中的各成分用量(单位：公斤)
表2实施例1-5中的各成分用量(单位：公斤)
制备方法：
将表1中的各成分配成制膜料，通过双螺杆挤出成型机加热(温度150-400℃)熔融混合均匀经中空纤维膜模口挤出后冷却成膜，其中的纤维管通压缩空气或高沸点非溶剂作为芯液成纤维管状，然后进入气相或液相分离槽中，制膜料中的稀释剂、成孔剂等分离进入槽中，制出具有亲水和疏水相相镶并存的中空纤维水气二用膜。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.5mm，内径0.9mm，孔隙率为63％，膜分离孔径为0.03微米，在0.1MPa，25℃的测试条件(检测参考标准：中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求)下，纯水通水量为320L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为3200L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例2：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表1。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为65％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为750L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为900L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例3：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表1。稀释剂是邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为71％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为720L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为3100L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例4：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表1。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为67％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为680L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为2900L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例5：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表1。稀释剂是邻苯二甲酸二丁酯和对二甲苯。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为67％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为520L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为3000L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例6：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表2。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为62％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为710L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为2300L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例7：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表2。稀释剂是邻苯二甲酸二辛酯和磷酸三丁酯。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为61％，膜分离孔径为0.04微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为660L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为2500L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例8：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表2。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为52％，膜分离孔径为0.03微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为550L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为270L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例9：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表2。稀释剂是邻苯二甲酸二丁酯和四氢呋喃。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为59％，膜分离孔径为0.04微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为610L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为2250L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
实施例10：中空纤维水气二用膜的制备
原料：见表2。
制备方法：同实施例1。
本实施例所得中空纤维水气二用膜的外径1.3mm，内径0.6mm，孔隙率为60％，膜分离孔径为0.05微米，在0.1MPa，25℃的测试条件下，纯水通水量为670L/m2*hr；在0.1MPa，25℃的测试条件下，空气通量为2600L/m2*hr。
可以看出，本实施例所得中空纤维水气二用膜纯水和空气的通量都满足中华人民共和国海洋行业标准HY/T112-2008“超滤膜及其组件”的要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种中空纤维气水二用膜，其特征在于，由以下重量含量的各成分制备得到，
所述高分子聚合物1选自于聚醚砜、聚砜、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或一种以上的混合物；
所述高分子聚合物2选自于聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯中的一种或一种以上的混合物；
所述共聚偶联剂是由一亲水性单体和一疏水性单体在催化剂作用下共聚生产的具有两性性能的低聚物；
所述亲水剂是乙基纤维素、聚乙烯醇中的一种；
所述疏水剂是有机硅化合物、含氟化合物或高级烷烃化合物；
所述稀释剂是高沸点的有机溶剂；
所述稀释剂是邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、对二甲苯、磷酸三丁酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的混合物；
所述成孔剂是聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；
制备方法为，将所需各成分配成制膜料，通过双螺杆挤出成型机加热，熔融混合均匀经中空纤维膜模口挤出后冷却成膜，其中的纤维管通压缩空气或高沸点非溶剂作为芯液成纤维管状，然后进入气相或液相分离槽中，制膜料中的稀释剂、成孔剂分离进入槽中，制出具有亲水和疏水相相镶并存的中空纤维水气二用膜。
2.权利要求1所述中空纤维气水二用膜，其特征在于，由以下重量含量的各成分制备得到，
3.权利要求2所述中空纤维气水二用膜，其特征在于，由以下重量含量的各成分制备得到，
4.权利要求1所述中空纤维气水二用膜，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200-30000道尔顿，聚乙二醇的分子量为200-30000道尔顿。
5.权利要求1所述中空纤维气水二用膜，其特征在于，所述双螺杆挤出成型机加热的温度为150-400℃。
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