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一種異徑中空纖維膜及其制備方法

文檔序號(hào):5055331閱讀:117來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種異徑中空纖維膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
涉及空氣凈化和液體分離的一種異徑中空纖維膜及其制備方法。
背景技術(shù)
膜分離技術(shù)和裝置現(xiàn)已被廣泛用于化工、生物、醫(yī)藥、食品、飲料、水處理等工業(yè)領(lǐng)域中,是現(xiàn)代技術(shù)中重要的一種。膜組件是膜技術(shù)和裝置的核心部件。它的性能多少和好壞直接表現(xiàn)為膜系統(tǒng)或裝置性能的優(yōu)劣。中空纖維膜組件在單位體積內(nèi)的膜裝填密度最大,用途最為普遍,但中空纖維膜在使用中,由于中空纖維膜絲間相互接觸緊密,易抱團(tuán)、集束、板結(jié),大幅降低分離膜有效過(guò)濾面積,而且容易導(dǎo)致膜污染,難以有效清洗恢復(fù)膜通量。如在污水處理方面的膜生物反應(yīng)器中,板結(jié)成泥餅,失去過(guò)濾作用。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,發(fā)明了一種異徑中空纖維膜,其內(nèi)、外徑沿長(zhǎng)度方向周期性變化。這種結(jié)構(gòu)的作用有二 膜絲間在外徑大處接觸,而在外徑小處有空隙,因此膜絲間不易產(chǎn)生緊密接觸而板結(jié);內(nèi)徑不同,過(guò)濾液體在中空纖維膜管內(nèi)的流速會(huì)周期性變化,類似血液的脈沖式流動(dòng),減少膜污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種異徑中空纖維膜及其制備方法。該異徑中空纖維膜內(nèi)、外徑沿長(zhǎng)度方向周期性變化。本發(fā)明的異徑中空纖維膜,其粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為2 1 1.05 1,粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比為2 1 1 2,粗徑的長(zhǎng)度為1 10mm。本發(fā)明的異徑中空纖維膜,其粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為1.5 1 1.2 1;粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比1.2 1 1 1.2。本發(fā)明的異徑中空纖維膜,粗徑的長(zhǎng)度為2 5mm。本發(fā)明的異徑中空纖維膜的制備方法,通過(guò)在中空纖維紡絲機(jī)設(shè)備上,加裝芯液脈動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)制備具有異徑結(jié)構(gòu)的中空纖維膜。本發(fā)明的異徑中空纖維膜的制備方法,芯液脈動(dòng)機(jī)構(gòu)具體為1)在芯液軟管上設(shè)置管夾,通過(guò)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)作用,使管夾脈沖擠壓芯液軟管;幻脈沖式芯液計(jì)量泵。


圖1為本發(fā)明的異徑中空纖維分離膜長(zhǎng)度方向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明使用通用中空纖維紡絲機(jī)設(shè)備制膜,并且在中空纖維芯液管路上串接脈沖機(jī)構(gòu),使芯液的提供量周期性變化,從而制備出內(nèi)徑、外徑不同的異徑中空纖維膜。本發(fā)明的膜形狀粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為2 1 1.05 1,優(yōu)選1.5 1 1.2 1 ;粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比為2 1 1 2,優(yōu)選1.2 1 1 1. 2 ;粗徑的長(zhǎng)度為1 10mm,優(yōu)選2 5mm。中空內(nèi)徑粗徑d2為0. 15 3mm。中空壁厚為0. 02 1mm。適用于本發(fā)明的分離膜組件的聚合物材料為常規(guī)制中空纖維膜的聚合物,是現(xiàn)有技術(shù)中用于制備中空纖維膜的聚合物,例如聚丙烯腈(PAN)、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、醋酸纖維素、聚乙烯醇等,本發(fā)明對(duì)聚合物的種類沒(méi)有特別的限制,也可以是改性聚合物、共聚物已經(jīng)兩種或兩種以上聚合物的混合物。以紡絲原液的量為基準(zhǔn),聚合物的用量通常為10 50wt%,優(yōu)選為15 35wt%。本發(fā)明的溶劑為可以溶解所用聚合物的溶劑,或這些溶劑中的兩種或兩種以上的混合物。優(yōu)選溶劑為低沸點(diǎn)溶劑。溶劑可以是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、二甲基亞砜、環(huán)丁砜、異丙醇等。以紡絲原液的量為基準(zhǔn),溶劑的用量為 50-80wt%。當(dāng)使用兩種或兩種以上溶劑的混溶劑的總量可以不變。本發(fā)明中的成孔劑通常為高分子成孔劑或無(wú)機(jī)成孔劑,或者是兩種或兩種以上的成孔劑的混合物。成孔劑可以溶解或均勻分散在溶液中。成孔劑可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙二醇、甲基纖維素、羥甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其酯類水溶性高分子、聚丙烯酰胺類水溶性高分子等,其中,聚乙二醇的分子量最好為200 20000 道爾頓,聚氧乙烯的分子量最好為10萬(wàn)道爾頓或更大,聚乙烯吡咯烷酮的分子量最好為1 萬(wàn) 120萬(wàn)道爾頓。有機(jī)高分子成孔劑在復(fù)合層或基膜紡絲液中的含所述的無(wú)機(jī)成孔劑為下述一種或多種的混合物硝酸鋰、氯化鈉、氯化鈣、碳酸鈣、硝酸鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、高嶺土等。無(wú)機(jī)成孔劑的粒度小于10微米,其最好為納米級(jí)粒子。以紡絲原液的量為基準(zhǔn),成孔劑的用量可以為2-35wt%,優(yōu)選為5-25wt%。當(dāng)使用兩種或兩種以上成孔劑的混合物時(shí),所用成孔劑的總量可以不變。紡絲原液中還可以含有適量的非溶劑、表面活性劑等添加劑。非溶劑為甘油、乙二醇、丁二醇或丙二醇等低分子多元醇類;甲醇、乙醇、正丁醇、 異丙醇等醇類或水,也可以為上述物質(zhì)中的兩種或兩種以上的混合物。以紡絲原液的量為基準(zhǔn),非溶劑的用量為0. 5-10wt%,最好為0. 5-5wt%。當(dāng)使用兩種或兩種以上非溶劑的混合物時(shí),所用非溶劑的總量可以不變。表面活性劑可以是陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、兩性型表面活性劑或非離子表面活性劑。如十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、十二烷基二甲基芐氯化鈉、十六烷基三甲基溴化鈉、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基氨基丙酸鈉、仲辛醇氧乙烯醚、聚氧乙烯蓖麻油、山梨醇酐硬脂酸酯氧乙烯醚、十二烷基氨基磺酸鈉、 含氟表面活性劑、土溫-20、土溫-80等,或它們中的兩種或兩種以上的混合物。以紡絲原液的量為基準(zhǔn),表面活性劑的用量為0. 005wt% _5wt%,最好為0. 02wt% _2wt%。當(dāng)使用兩種或兩種以上表面活性劑的混合物時(shí),所用表面活性劑的總量可以不變。表面活性劑依其種類不同在上述紡絲原液中的加入量也不同,如通常非離子型表活性劑加入量最好為1
,含氟表面活性劑加入量最好為0. 05 0. 5wt%。紡絲液中還可加入助溶劑,如二氧六環(huán)、丁酮等,以調(diào)整紡絲液的溶解狀態(tài)。助溶劑作為溶劑的一部分,在其中任一種紡絲液中的總含量均為ι 4wt%。紡絲芯液為現(xiàn)有技術(shù)中用于制備中空纖維膜的紡絲芯液,如水、壓縮空氣、煤油寸。芯液管路上串接脈沖機(jī)構(gòu);1、在芯液軟管上設(shè)置管夾,通過(guò)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)作用,使管夾脈沖擠壓芯液軟管;2、脈沖式芯液計(jì)量泵,如蠕動(dòng)泵等。成膜方法可以采用溶液相轉(zhuǎn)移方法、熱致相轉(zhuǎn)移方法等中空纖維膜常用的成膜方法。紡絲時(shí),凝固浴槽和清洗槽中的液體為常用的凝固和清洗紡絲物的液體,依據(jù)紡絲工藝的不同洗提要求,可以是水、酸溶液、堿溶液、有機(jī)溶劑等。用途可以用于制備內(nèi)壓式中空纖維膜和外壓式中空纖維膜。優(yōu)點(diǎn)1、由于中空纖維膜的外徑不同,膜絲間難以緊密接觸,難以板結(jié),克服中空纖維膜絲在使用中的膜絲粘連積泥問(wèn)題。2、膜絲之間容易均勻排布,有利于在使用時(shí),使氣體和液體在膜絲周圍均勻分布。3、由于中空纖維膜的內(nèi)徑不同,內(nèi)壓式使用時(shí),產(chǎn)生類似動(dòng)物血管的脈沖流動(dòng)輸送作用,可以減緩膜污染。實(shí)施例1 將二甲基乙酰胺(韓國(guó)三星,工業(yè)一級(jí)純,下同)63wt%、聚偏氟乙烯樹(shù)脂(Solef 6010,下同)21wt%、聚乙二醇5wt%、丙二醇,在100°C下攪拌溶解均勻,脫泡。采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的溶液相轉(zhuǎn)移紡絲方法,在芯液管上安置管夾,通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),使管夾周期性擠壓芯液軟管,紡制異徑中空纖維膜。凝固浴中凝固劑為水,中空孔芯液為水,紡絲牽引速度為32m/min。得到異徑聚偏氟乙烯中空纖維膜,中空孔內(nèi)徑細(xì)徑 0. 60mm,粗徑 0. 70mm。實(shí)施例2 通過(guò)蠕動(dòng)式泵供給芯液,其它同實(shí)施例1。利用蠕動(dòng)泵的流體脈沖作用, 紡制異徑中空纖維膜。凝固浴中凝固劑為水,中空孔芯液為水,紡絲牽引速度為32m/min。 得到異徑聚偏氟乙烯中空纖維膜,中空孔內(nèi)徑細(xì)徑0. 60mm,粗徑0. 70mm。
權(quán)利要求
1.一種有異徑結(jié)構(gòu)的中空纖維膜,沿長(zhǎng)度方向上,中空纖維膜的外徑和內(nèi)徑周期性變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜,粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為2 1 1.05 1,粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比為2 1 1 2,粗徑的長(zhǎng)度為1 10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中空纖維膜,粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為1.5 1 1.2 1;粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比1.2 1 1 1.2,粗徑的長(zhǎng)度為2 5mm。
4.權(quán)利要求1 4任一權(quán)利要求所述中空纖維膜的制備方法通過(guò)在中空纖維紡絲機(jī)設(shè)備上,加裝芯液脈動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)制備具有異徑結(jié)構(gòu)的中空纖維膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,芯液脈動(dòng)機(jī)構(gòu)為1)在芯液軟管上設(shè)置管夾,通過(guò)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)作用,使管夾脈沖擠壓芯液軟管;2)脈沖式芯液計(jì)量泵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異徑結(jié)構(gòu)的中空纖維膜及其制備方法。沿長(zhǎng)度方向上,中空纖維膜的內(nèi)、外徑周期性變化。在中空纖維紡絲機(jī)設(shè)備上,加裝芯液脈動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)制備具有異徑結(jié)構(gòu)的中空纖維膜。粗徑與細(xì)徑的內(nèi)徑比為2∶1~1.05∶1,優(yōu)選1.5∶1~1.2∶1;粗徑與細(xì)徑的長(zhǎng)度比為2∶1~1∶2,優(yōu)選1.2∶1~1∶1.2;粗徑的長(zhǎng)度為1~10mm,優(yōu)選2~5mm。
文檔編號(hào)B01D71/06GK102309929SQ201010213348
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者呂曉龍 申請(qǐng)人:呂曉龍
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