CN109758923A - 一种耐高压中空纤维纳滤膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高压中空纤维纳滤膜及其制备方法，包括内层、滤芯和外层，所述滤芯固定在所述内层外部和外层内部之间，所述内层包括网状机构，所述滤芯在靠近所述外层的部位设有纳孔层，所述纳孔层包括若干纳孔，所述纳孔的孔径自内层方向向外层方向逐渐减小。有益效果：最高耐压达到2Mpa，所述中空纤维纳滤膜具备耐高压的性能的特点。

Description

一种耐高压中空纤维纳滤膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及家用净水技术领域，具体来说，涉及一种耐高压中空纤维纳滤膜及其制备方法。

背景技术

中空纤维纳滤膜的研究与开发可望引领膜技术的未来。中空纤维纳滤膜在目前报道的专利中，其耐高压较差，在长期使用时岀现性能衰减和寿命减少旳问题。中空纤维膜可以做得很细，这样做成组件之后的中空纤维膜装填密度高，相同单位体积内纳滤膜的有效过滤面积更大，但是高强度的中空纤维膜往往通量很低，实际操作能耗较高。中空纤维纳滤膜能够实现支撑层和分离层结构分别调控，有效降低制备膜所用的聚合物材料成本，而通过提高通量使操作能耗下降，因此直接面向污水和饮用水处理的耐高压性能中空纤维纳滤膜亟待开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高压中空纤维纳滤膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐高压中空纤维纳滤膜，包括内层和外层，所述内层固定在所述外层内部，所述内层包括网状机构，所述外层在靠近所述外层外壁的部位设有纳孔层，所述纳孔层包括若干纳孔，所述纳孔的孔径自内层方向向外层方向逐渐减小，所述内层1的厚度120～200μm。

进一步的，所述纳孔在靠近所述外层的直径为0.5-0.7nm，所述纳孔在靠近所述内层的直径为200-700nm。

进一步的，所述内层内壁至所述外层外壁的厚度为0.3-0.7mm。

进一步的，所述内层由网状不锈钢纤维管材料，所述外层由聚间苯二甲酰间苯二胺构成。

进一步的，所述网状不锈钢纤维管的直径为200μm。

进一步的，所述内层内壁固定设有若干加强筋。

根据本发明的另一方面，提供了一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法。

该耐高压中空纤维纳滤膜的制备，包括以下步骤：

将制备外层用的聚合物材料通过料斗加入到溶液纺丝装置中的混料釜中；

将外层用的稀释剂加入，在70～120℃后进行充分溶解，并且加入一定量的添加剂；

在上述聚合物溶解后，转入脱泡釜在40～60℃下进行真空脱泡，形成外层铸膜液；

将上述外层铸膜液进入空气压缩式纺丝釜中，得到半成品外层铸膜液；

将半成品外层铸膜液经溶液泵后，将内凝胶介质和半成品外层铸膜液分别注入三通道喷丝头的内凝胶介质通道和外层铸膜液通道；

网状不锈钢纤维管经过输送通道进入内层通道，经喷丝口喷出成管状膜液，之后注入外凝胶浴中固化，得到初生双生膜；

经萃取剂除去初生双层膜的稀释剂，得到所述的中空纤维纳滤膜。

该方法进一步的，上述外层铸膜液中的聚合物材料的质量百分比为15～30wt％，稀释剂质量百分比为70～85wt％，稀释剂包括溶剂和添加剂，外层添加剂与溶剂的质量比为1:14～1:1。

该方法进一步的，上述溶液泵加热段、中空纤维纳喷丝头出口温度以及内凝胶介质的温度为120～150℃；所述的外凝胶浴温度为30～50℃。

该方法进一步的，上述的内凝胶介质为丙三醇、乙醇、液体石蜡或内稀释剂的一种或几种组合，外凝胶浴为丙三醇、乙醇、液体石蜡、蒸馏水或外稀释剂的一种或几种的组合，上述萃取剂采用乙醇或蒸馏水。

综上所述，本发明的有益效果为：在0.2～0.8MPa下，对氯化钠盐溶液的截留率<30％；对二价盐离子的截留率>95％；对分子量在300～2000000道尔顿的污染物截留性能>99％，力学拉伸强度>32Mpa；最高耐压达到2MPa。所述中空纤维纳滤膜具备耐高压的性能的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜的切面图。

图2是根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜中内层的展开示意图；

图3是根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法的流程图；

图4是是根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备系统结构示意图。

附图标记：

1、内层；2、加强筋；3、外层；4、网状机构；5、纳孔层；6、纳孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：

请参阅图1-2，根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜，包括内层1和外层3，所述内层1固定在所述外层3内部，所述内层1包括网状机构4，所述外层3在靠近所述外层3外壁的部位设有纳孔层5，所述纳孔层5包括若干纳孔6，所述纳孔6的孔径自内层1方向向外层3方向逐渐减小，所述内层1的厚度120～200μm。

通过本发明的上述方案，通过内层1为网状机构4，可大大的增加耐高压性，并且，在网状机构4上增加了加强筋7，进一步的增加了耐高压性能，在0.2～0.8MPa下，对氯化钠盐溶液的截留率<30％；对二价盐离子的截留率>95％；对分子量在300～2000000道尔顿的污染物截留性能>99％，力学拉伸强度>32Mpa；最高耐压达到2Mpa，所述中空纤维纳滤膜具备耐高压的性能的特点。

在具体应用中，对于纳孔6来说，所述纳孔6在靠近所述外层3的直径为0.5-0.7nm，所述纳孔6在靠近所述内层1的直径为200-700nm。对于内层1来说，所述内层1内壁至所述外层3外壁的厚度为0.3-0.7mm。对于内层1来说，所述内层1由网状不锈钢纤维管材料，所述外层3由聚间苯二甲酰间苯二胺构成。对于网状不锈钢纤维管来说，所述网状不锈钢纤维管的直径为200μm。对于内层1来说，所述内层1内壁固定设有若干加强筋2。

根据本发明的实施例，还提供了一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法。

如图3所示，根据本发明实施例的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，将制备外层用的聚合物材料通过料斗加入到溶液纺丝装置中的混料釜中；

步骤S103，将外层用的稀释剂加入，在70～120℃后进行充分溶解，并且加入一定量的添加剂；

步骤S105，在上述聚合物溶解后，转入脱泡釜在40～60℃下进行真空脱泡，形成外层铸膜液；

步骤S107，将上述外层铸膜液进入空气压缩式纺丝釜中，得到半成品外层铸膜液；

步骤S109，将半成品外层铸膜液经溶液泵后，将内凝胶介质和半成品外层铸膜液分别注入三通道喷丝头的内凝胶介质通道和外层铸膜液通道；

步骤S111，网状不锈钢纤维管经过输送通道进入内层通道，经喷丝口喷出成管状膜液，之后注入外凝胶浴中固化，得到初生双生膜；

步骤S113，经萃取剂除去初生双层膜的稀释剂，得到所述的中空纤维纳滤膜。

如图4所示，根据本发明的实施例，还提供了一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备系统，包括混料釜、脱泡釜和空气压缩式纺丝釜纺丝，所述混料釜、脱泡釜和空气压缩式纺丝釜纺丝依次连接，所述空气压缩式纺丝釜纺丝一侧连接有三通道喷丝头，所述三通道喷丝头一侧设有外凝胶池

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过内层1为网状机构4，可大大的增加耐高压性，并且，在网状机构4上增加了加强筋7，进一步的增加了耐高压性能，在0.2～0.8MPa下，对氯化钠盐溶液的截留率<30％；对二价盐离子的截留率>95％；对分子量在300～2000000道尔顿的污染物截留性能>99％，力学拉伸强度>32Mpa；最高耐压达到2Mpa，所述中空纤维纳滤膜具备耐高压的性能的特点。将内凝胶介质和外层铸膜液分别注入三通道喷丝头的内凝胶介质通道和外层铸膜液通道，网状不锈钢纤维管经过输送通道进入内层通道；经喷丝口喷出成管状膜液，之后注入外凝胶浴中固化制成的中空纤维纳滤膜具有良好的抗高压性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，包括内层(1)和外层(3)，所述内层(1)固定在所述外层(3)内部，所述内层(1)包括网状机构(4)，所述外层(3)在靠近所述外层(3)外壁的部位设有纳孔层(5)，所述纳孔层(5)包括若干纳孔(6)，所述纳孔(6)的孔径自内层(1)方向向外层(3)方向逐渐减小，所述内层(1)的厚度120～200μm。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，所述纳孔(6)在靠近所述外层(3)的直径为0.5-0.7nm，所述纳孔(6)在靠近所述内层(1)的直径为200-700nm。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，所述内层(1)内壁至所述外层(3)外壁的厚度为0.3-0.7mm。

4.根据权利要求1所述的一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，所述内层(1)由网状不锈钢纤维管材料，所述外层(3)由聚间苯二甲酰间苯二胺构成。

5.根据权利要求4所述的一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，所述网状不锈钢纤维管的直径为200μm。

6.根据权利要求1所述的一种耐高压中空纤维纳滤膜，其特征在于，所述内层(1)内壁固定设有若干加强筋(2)。

7.一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，用于权利要求6所述的耐高压中空纤维纳滤膜的制造，包括以下步骤：

将制备外层用的聚合物材料通过料斗加入到溶液纺丝装置中的混料釜中；

将外层用的稀释剂加入，在70～120℃后进行充分溶解，并且加入一定量的添加剂；

在上述聚合物溶解后，转入脱泡釜在40～60℃下进行真空脱泡，形成外层铸膜液；

将上述外层铸膜液进入空气压缩式纺丝釜中，得到半成品外层铸膜液；

将半成品外层铸膜液经溶液泵后，将内凝胶介质和半成品外层铸膜液分别注入三通道喷丝头的内凝胶介质通道和外层铸膜液通道；

网状不锈钢纤维管经过输送通道进入内层通道，经喷丝口喷出成管状膜液，之后注入外凝胶浴中固化，得到初生双生膜；

经萃取剂除去初生双层膜的稀释剂，得到所述的中空纤维纳滤膜。

8.根据权利要求7述的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，上述外层铸膜液中的聚合物材料的质量百分比为15～30wt％，稀释剂质量百分比为70～85wt％，稀释剂包括溶剂和添加剂，外层添加剂与溶剂的质量比为1:14～1:1，所述溶剂溶剂包括N,N-二甲基酰胺(DMAc)，添加剂聚是由乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、丙酮、十二烷基硫酸钠、氯化钙(CaCl2)和氯化锂(LiCl)中的一种和几种组合。

9.根据权利要求8述的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，上述溶液泵加热段、中空纤维纳喷丝头出口温度以及内凝胶介质的温度为120～150℃；所述的外凝胶浴温度为30～50℃。

10.根据权利要求9述的一种耐高压中空纤维纳滤膜的制备方法，其特征在于，上述的内凝胶介质为丙三醇、乙醇、液体石蜡或内稀释剂的一种或几种组合，外凝胶浴为丙三醇、乙醇、液体石蜡、蒸馏水或外稀释剂的一种或几种的组合，上述萃取剂采用乙醇或蒸馏水。