CN216137023U - Pvdf中空纤维超滤膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种PVDF中空纤维超滤膜，包括PVDF中空膜主体，中空纤维超滤膜的外表面和内表面的截面均为圆形，外表面具有凹凸形状，所述凹凸形状沿长度方向上呈周期性变化，凹凸形状的最大高度幅度为0.15mm，凹凸的间隔长度为3.3‑10mm。本实用新型的超滤膜具有更好的膜性能，使用效果佳，且抗污染性能强，延长了超滤膜的使用寿命。

Description

PVDF中空纤维超滤膜

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体而言涉及一种PVDF中空纤维超滤膜。

背景技术

目前市场上的中空纤维超滤膜表面均为光滑直线形状，超滤膜外径相同，因此在运行过滤过程中，膜丝几乎处于静止状态，在液体流动带动下，中空纤维超滤膜略有晃动，幅度很小，无法将膜表面污染物抖掉，随着时间增加，污堵程度越来越重。当对膜进行清洗时，物理清洗主要是靠空气、水与膜丝表面发生剪切，冲刷作用，这只能够去除膜表面的部分污堵物，很难去除膜孔道内的污堵物，但物理过程对膜本身性能破坏性不大；而化学清洗通常采用酸、碱、氧化剂等化学药剂对中空纤维超滤膜进行浸泡，去除膜丝内部污堵物，虽然采用化学清洗方法可以使得超滤膜性能暂时恢复，但是同时会对中空纤维超滤膜本身性能造成不可逆的破坏性，每化学清洗一次，中空纤维超滤膜的性能则下降一次，直到性能丧失到无法满足使用要求而报废。

公开号为CN102309929A的中国专利文献公开了一种异径中空纤维膜及其制备方法，沿长度方向上，中空纤维膜的内、外径周期性变化。在中空纤维纺丝机设备上，加装芯液脉动机构来制备具有异径结构的中空纤维膜。粗径与细径的内径比为2∶1～1.05∶1，优选1.5∶1～1.2∶1；粗径与细径的长度比为2∶1～1∶2，优选1.2∶1～1∶1.2；粗径的长度为1～10mm，优选2～5mm。该纤维膜可以克服中空纤维膜丝在使用中的膜丝粘连积泥问题，且通过不同的内径，产生类似动物血管的脉冲流动输送作用，减缓耐磨污染。但当内径中的液体流速较低时，不均匀的内径使液体处于紊流状态，难以形成脉冲式流动效果，且在该膜内，由于内径不均匀，在产水和反洗过程中，内径最细处成了流动瓶颈，液体流动阻力会明显增加，而该种结构也使膜丝壁厚不易控制，若太薄则降低机械强度，若太厚则影响膜性能，从而在实际应用过程中，无法保证设备产能。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种PVDF中空纤维超滤膜，该超滤膜具有更好的膜性能，使用效果佳，且抗污染性能强，延长了超滤膜的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种PVDF中空纤维超滤膜，包括PVDF中空膜主体，中空纤维超滤膜的外表面和内表面的截面均为圆形，外表面具有凹凸形状，所述凹凸形状沿长度方向上呈周期性变化，凹凸形状的最大高度幅度为0.15mm，凹凸的间隔长度为3.3-10mm。

优选的，所述中空纤维超滤膜的最大外径为1.4mm-1.6mm，最小外径为1.1mm-1.3mm。

优选的，所述中空纤维超滤膜的内径为0.6mm-0.9mm。

优选的，在1cm长度范围内，中空纤维超滤膜的外表面有1-3个凹凸曲段，其中，1个凹凸区段由一个凸部和一个凹部组成。

优选的，所述中空纤维超滤膜的壁厚为0.20-0.45mm。

优选的，凹凸形状的凸部的高度与凹部的高度相等。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的中空纤维超滤膜，其外表面呈周期性的凹凸形状，内表面呈直线形状，当超滤膜在运行过滤时，液体流经膜表面时，由于该种凹凸结构，使得液体不断改变方向，并且发生来自不同方向的碰撞与对流，以至于液体在膜表面形成湍回现象，产生表面剪切力，同时由于湍回液体之间产生推力，相聚在一起的成千上万根中空纤维超滤膜相互之间产生自由摆动、摩擦、震动，以致于污染物很难附着在膜表面，污染物随浓水排出或暂时停留超滤膜外界液体中；而在运行过滤过程中一直维持此状态，如此，在相同运行周期内，压差上升非常缓慢，或者上升至相同压差时，运行周期更长，明显改善了超滤膜运行过滤效果。在自动在线清洗过程中，除了气水联合对膜表面污染物产生剪切、震动作用外，膜表面液体由于其特有的脉冲形状产生的湍回现象，也会产生剪切作用，并且成千上万根超滤膜之间也产生摆动摩擦，震动作用，污染物更容易去除，清洗效果明显改善，从而使用物理清洗既可以达到很好的清洗效果，减少了化学清洗的周期，延长了超滤膜的使用寿命。

2、本实用新型的中空纤维超滤膜具有均匀的内径，液体流动流畅，提高了纯水通量，且膜丝壁厚控制更稳定，保证了膜的机械强度和膜性能，使用效果更好，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的PVDF中空纤维超滤膜的结构示意图。

图2是本实用新型的膜外表面的凹凸形状的结构参数示意图。

图3是实施例中的第一计量泵的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。

本实用新型提供一种PVDF中空纤维超滤膜，该超滤膜通过外表面的凹凸形状，使液体在膜表面形成湍回现象，从而减少在过滤过程中污染物在膜表面的附着，以及保证在物理清洗过程中，污染物的高效清除，保证超滤膜使用效果，简化操作过程，延长超滤使用寿命。

具体的，如图1所示，包括PVDF中空膜主体，其中，PVDF中空纤维超滤膜的外表面和内表面的截面均为圆形，外表面具有凹凸形状，从而使PVDF中空纤维超滤膜具有大小不一致的外径，所述凹凸形状沿长度方向上呈周期性变化，

如图2所示，凹凸形状的最大高度幅度h为0.15mm，凹凸的间隔长度L为3.3-10mm，如此，即在1cm长度范围内，中空纤维超滤膜的外表面可有1-3个凹凸曲段，其中，1个凹凸区段由一个凸部和一个凹部组成。

在优选的是实施例中，凹凸形状的凸部的高度A与凹部的高度B相等，但在实际操作过程中，由于绕丝装置的牵引，及制膜过程中的误差，每个凸部的高度，以及每个凹部的高度会在20％的误差范围内微小波动。

内表面呈直线形状，且PVDF中空纤维超滤膜具有大小一致的内径。

在优选的实施例中，PVDF中空纤维超滤膜的最大外径为D1＝1.4mm-1.6mm，最小外径为D2＝1.1mm-1.3mm。

在另一个优选的实施例中，PVDF中空纤维超滤膜的内径为0.6mm-0.9mm。

在其他优选的实施例中，PVDF中空纤维超滤膜中加入了单层氧化石墨烯材料，单层氧化石墨烯材料的添加使膜的外观为灰黑色，且通过单层石墨烯富含的大量亲水基团，提高了超滤膜单位范围下亲水基团的含量，更显著降低了膜表面接触角，使得超滤膜具备了长期的浸润性，可进一步提高超滤膜的抗污染性，从而被认为是一种黑晶膜。

应当理解为，由于实际制备过程中的误差存在，内径和外径会有波动，其误差范围为±0.075mm，但如果偏差过多，会影响通量、强度、装填数量等问题。

在一个示例性的实施例中，PVDF中空纤维超滤膜可通过如下制备方法制备：通过第一计量泵使铸膜液形成不均匀出料，从而使铸膜液进入喷丝头时形成不均匀进料，以此使初步成型的异形中空纤维超滤膜的外表面呈凹凸形状，芯液通过第二计量泵形成均匀出料，从而使芯液进入喷丝头时形成均匀进料，以此使初步成型的中空纤维超滤膜的内表面呈直线形状，再将初步成型的中空纤维超滤膜经二氧化氯溶液与甘油溶液浸泡处理后，恒温恒湿晾干，得到成品，即PVDF中空纤维超滤膜。

在优选的实施例中，如图3所示，所述第一计量泵具有大小相等的第一齿轮1和第二齿轮2，所述第一齿轮1和第二齿轮2均由宽轮齿11与窄轮齿12组成，且宽轮齿11与窄轮齿12的数量比为1:1，所述宽轮齿的齿厚为5mm，所述窄轮齿的齿厚为3mm，宽轮齿和窄轮齿的齿宽均为10mm。

其中，宽轮齿和窄轮齿间隔排布，宽轮齿与相邻的两个窄轮齿之间分别形成宽齿槽13和窄齿槽14，所述宽齿槽13与窄齿槽14间隔排布，且第一齿轮的宽齿槽与第二齿轮的宽齿进行啮合，第一齿轮的窄齿槽与第二齿轮窄齿进行啮合，从而使第一齿轮和第二齿轮相互啮合，所述宽齿槽的槽宽为5.5mm-6mm，所述窄齿槽的槽宽为3.5mm-4mm，且第一轮齿和第二轮齿的齿高为2.5mm，进料轮的分度圆直径为25mm。

通过间隔排布的宽轮齿11和窄轮齿12，及间隔排布的宽齿槽13和窄齿槽14，使铸膜液通过第一计量泵形成不均匀出料，从而在铸膜液进入喷丝头时形成不均匀进料。

在其他的一些实施例中，每个宽轮齿，或每个窄轮齿的尺寸可以不一致，只需要保证齿轮为宽轮齿和窄轮齿间隔排布，并形成槽宽不等且间隔排布的宽齿槽和窄齿槽，即可以使铸膜液形成不均匀出料，从而使膜的外表面形成不规律的凹凸形状。

在另一个优选的实施例中，第二计量泵的齿轮由均匀排布的窄轮齿组成，且相邻窄轮齿之间均形成窄齿槽，通过均匀排布的窄轮齿，使芯液通过第二计量泵形成均匀出料，从而使芯液进入喷丝头时形成均匀进料。

应当理解为，第二计量泵的窄轮齿可以不与第一计量泵的窄轮齿保持一致，第二计量泵的轮齿只需是大小一致，且均匀排布，使形成内孔的芯液挤出量波动范围控制在5％以下，即可。

制备超滤膜的其他步骤及条件，如在反应釜中反应制得铸膜液、真空脱泡、凝固浴、绕丝牵引等，以及铸膜液和芯液成分的选择为现有技术，可根据实际情况进行选择，在此不再赘述。

为了便于更好的理解，下面结合几个具体实例对本实用新型进行进一步说明，但本实用新型内容不限于此。

以下实施例的制备方法如下：

1、制备单层氧化石墨烯溶液

将单层氧化石墨烯粉末加入到N,N-二甲基乙酰胺有机溶剂中，在超声波作用下进行分散，重量比为1％，时间4h，温度20℃，制得单层氧化石墨烯溶液。

2、制备铸膜液

将有N,N-二甲基乙酰胺(52％)、聚偏氟乙烯树脂(18％)、聚维酮(18％)、单层氧化石墨烯溶液(10％)、吐温80(1％)、苯磺酸钠(1％)等依次投入到反应釜中进行搅拌完全溶解，反应釜温度62℃左右，转速120rpm，时间16h，再经过真空脱泡20h，去除铸膜液中全部气泡，制得铸膜液。

3、纺丝

反应釜压力为5bar，80℃条件下，将铸膜液经第一计量泵进入喷丝头，与此同时芯液(40％N,N-二甲基乙酰胺，30％纯水，20％甲醇，10％丙酮)经第二计量泵也进入喷丝头，铸膜液和芯液按体积比(铸膜液：芯液＝2.5：1)一同挤出，形成中空纤维膜雏形，再经凝固浴(40℃)，由绕丝装置绕卷而成型(卷绕线速度为20m/m)，制得初步成型的PVDF中空纤维超滤膜。

4、后处理

将初步成型中空纤维超滤膜经二氧化氯溶液成孔，浓度为1000ppm，时间为10h，再置于40％甘油溶液(25℃)浸泡处理10h，沥水后，再在26℃，相对湿度为80％条件下，将膜丝晾干，得到PVDF中空纤维超滤膜成品。

各实施例中变化的参数为第一计量泵以及第二计量泵的转速，对应关系，以及各实施例所得中空纤维超滤膜的性能对比如表1所示。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							第一计量泵转速，Hz	23	23	25	25	27	27
第二计量泵转速，Hz	13	15	15	17	15	17
							最大外径，mm	1.4	1.4	1.5	1.5	1.6	1.6
最小外径，mm	1.1	1.1	1.2	1.2	1.3	1.3
							内径，mm	0.6	0.7	0.7	0.8	0.7	0.8
凹凸的间隔长度L，mm	3.3	3.3	6.6	10	6.6	6.6
							凸部的高度，mm	0.075	0.07	0.085	0.08	0.07	0.075
凹部的高度，mm	0.075	0.08	0.065	0.07	0.08	0.075
							壁厚范围，mm	0.25-0.4	0.20-0.35	0.25-0.4	0.20-0.35	0.3-0.45	0.25-0.4
纯水通量，LMH	503	515	495	485	465	478
							接触角，°	515	52	52	56	54	53
机械强度，N	4.5	4.3	4.7	4.5	5.5	5.0

从上述数据可以看出，第一计量泵以及第二计量泵的转速影响PVDF中空纤维超滤膜的外径和内径的几何尺寸，而膜的内外径影响通量、强度、装填数量等问题。

从上述数据还可以看出，影响膜纯水通量的主要因素为PVDF中空纤维超滤膜壁厚，壁厚大，则阻力大，纯水通量小，但是在一定变化范围内，通量值相差不大，小于10％；接触角数据值相差很小，是由于膜本体材质相同，且膜表面光滑，并存在测量误差所致；机械强度随着外径及壁厚增加而增大，且均大于4N，在使用过程中不会发生断丝现象，可以满足使用要求。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种PVDF中空纤维超滤膜，包括PVDF中空膜主体，其特征在于，PVDF中空纤维超滤膜的外表面和内表面的截面均为圆形，外表面具有凹凸形状，所述凹凸形状沿长度方向上呈周期性变化，凹凸形状的最大高度幅度为0.15mm，凹凸的间隔长度为3.3-10mm。

2.根据权利要求1所述的PVDF中空纤维超滤膜，其特征在于，所述PVDF中空纤维超滤膜的最大外径为1.4mm-1.6mm，最小外径为1.1mm-1.3mm。

3.根据权利要求1所述的PVDF中空纤维超滤膜，其特征在于，所述PVDF中空纤维超滤膜的内径为0.6mm-0.9mm。

4.根据权利要求1所述的PVDF中空纤维超滤膜，其特征在于，在1cm长度范围内，PVDF中空纤维超滤膜的外表面有1-3个凹凸曲段，其中，1个凹凸区段由一个凸部和一个凹部组成。

5.根据权利要求1所述的PVDF中空纤维超滤膜，其特征在于，所述PVDF中空纤维超滤膜的壁厚为0.20-0.45mm。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的PVDF中空纤维超滤膜，其特征在于，凹凸形状的凸部的高度与凹部的高度相等。

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