本發(fā)明屬于過(guò)濾材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ptfe改性分離膜的折疊式濾芯及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、制藥發(fā)酵、生物工程、食品飲料、現(xiàn)代化工、電子工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)的液體的除細(xì)菌過(guò)濾、除微粒過(guò)濾及其它液體純化應(yīng)用中大量使用過(guò)濾裝置及不同的過(guò)濾介質(zhì)。微孔過(guò)濾領(lǐng)域普遍在過(guò)濾裝置中采用折疊式濾芯。折疊式濾芯的過(guò)濾介質(zhì)由高分子材料制作，但是不同的高分子材料的化學(xué)相溶性及耐侯、耐溫性能有較大的差異。

2、常用的聚四氟乙烯微孔濾膜具有優(yōu)良的化學(xué)相容性及較高的耐溫性能，能耐受較嚴(yán)苛的過(guò)濾體系及應(yīng)用環(huán)境，但是聚四氟乙烯強(qiáng)烈的疏水性能，大大地限制了該過(guò)濾材料在筒狀過(guò)濾器的翅片式折疊濾芯上的應(yīng)用。

3、而目前，對(duì)ptfe進(jìn)行親水性改性是一種較為常規(guī)和普遍的操作。但目前親水性ptfe用于折疊式濾芯使用時(shí)，存在嚴(yán)重的翅片粘合情況，即在使用一段時(shí)間后相鄰的翅片將會(huì)在分子間作用力的作用下相互靠近，至完全“粘合”，導(dǎo)致其部分呈現(xiàn)完全折疊、部分展平的情況，進(jìn)而產(chǎn)生“膜間制約”，使得有效過(guò)濾面積大大減小，且ptfe濾芯被過(guò)度拉伸后過(guò)濾效果顯著下降，需要頻繁更換、難以維持過(guò)濾能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有的親水性ptfe改性分離膜在使用過(guò)程中出現(xiàn)的壽命短、過(guò)濾效果差，以及產(chǎn)生較為明顯的“水粘合”現(xiàn)象，產(chǎn)生膜間制約等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于ptfe改性分離膜的折疊式濾芯，以及該濾芯的制備方法。

2、本發(fā)明的目的在于：一、消除ptfe改性分離膜在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的膜間制約的現(xiàn)象。

3、二、延長(zhǎng)折疊濾芯使用壽命。

4、三、確保濾芯的過(guò)濾速率及過(guò)濾效果。

5、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

6、一種基于ptfe改性分離膜的折疊式濾芯的制備方法，所述方法包括：（1）取ptfe樹(shù)脂，加熱攪拌熔融為流體后上網(wǎng)成型，上網(wǎng)成型過(guò)程中至材料溫度降低至105～115?℃后均勻加入纖維、水、抗菌劑、丙烯酰胺和引發(fā)劑，得到ptfe基膜。

7、（2）對(duì)ptfe基膜進(jìn)行拉伸，多層膜輥壓復(fù)合后進(jìn)行熱壓處理，得到ptfe分離膜。

8、（3）將ptfe分離膜浸泡于有機(jī)溶劑，得到ptfe改性分離膜。

9、（4）將浸泡后的ptfe改性分離膜依次與堆疊材料復(fù)合堆疊，制得一種基于ptfe改性分離膜的折疊式濾芯。

10、作為優(yōu)選，步驟（1）所述上網(wǎng)成型在環(huán)境溫度20～60?℃、空氣流速為25～30?km/h的條件下干燥成膜，控制膜厚度為0.5～2.0?mm，平面度≤0.1?mm。

11、作為優(yōu)選，步驟（1）所述纖維為甲殼素纖維；步驟（1）所述抗菌劑為8-羥基喹啉；步驟（1）所述纖維、水和抗菌劑以2：（0.3～0.7）：（0.2～0.5）混合，混合后其加入量為ptfe數(shù)值的40～60?wt%。

12、作為優(yōu)選，步驟（1）是丙烯酰胺加入量為ptfe數(shù)值質(zhì)量的5～10?wt%；步驟（1）所述引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰，加入量為丙烯酰胺質(zhì)量的1～3?wt%。

13、作為優(yōu)選，步驟（2）所述拉伸是在200～300?℃條件下對(duì)ptfe基膜進(jìn)行拉伸，在拉伸過(guò)程中控制拉伸倍率為150～300?%。

14、作為優(yōu)選，步驟（2）所述多層膜輥壓復(fù)合時(shí)控制多層膜堆疊時(shí)其總厚度為ptfe改性分離膜目標(biāo)厚度的115～120?%，隨后輥壓至ptfe改性分離膜目標(biāo)厚度的110～115?%；步驟（2）所述熱壓處理于110～115?℃條件下將膜厚度熱壓至ptfe改性分離膜目標(biāo)厚度。

15、作為優(yōu)選，步驟（3）所述有機(jī)溶劑為三乙磷酸鋁與氨水的混合物，其中三乙磷酸鋁與氨水的質(zhì)量比為1：（4～6），有機(jī)溶劑添加量為ptfe基膜體積的200～500?%vol；所述氨水濃度為25～28?wt%。

16、作為優(yōu)選，步驟（4）所述堆疊材料包括長(zhǎng)纖維無(wú)紡布、短纖維無(wú)紡布和平面導(dǎo)流網(wǎng)；步驟（4）所述復(fù)合堆疊時(shí)依照長(zhǎng)纖維無(wú)紡布-短纖維無(wú)紡布-ptfe改性分離膜-平面導(dǎo)流網(wǎng)的順序依次堆疊，隨后折疊為翅片后即得到折疊式濾芯。

17、一種基于ptfe改性分離膜的折疊式濾芯。

18、作為優(yōu)選，所述折疊式濾芯圍繞在筒狀過(guò)濾器結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐筒周向外表面并固定，隨后在折疊式濾芯外表面再套設(shè)外支撐筒。

19、所述折疊式濾芯兩面控制使得長(zhǎng)纖維無(wú)紡布處于流體流經(jīng)路徑的上游側(cè)，平面導(dǎo)流網(wǎng)處于流體流經(jīng)路徑的下游側(cè)。

20、對(duì)于本發(fā)明技術(shù)方案而言，核心之處在于通過(guò)摻雜其他纖維材料，強(qiáng)化分離膜性能，消除ptfe改性分離膜之間的制約現(xiàn)象。

21、在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，ptfe是綜合性能非常優(yōu)良的膜分離材料，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，耐熱、耐寒和耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)，還具備良好的電絕緣性、低表面張力和低摩擦系數(shù)、不燃性、耐大氣老化性、高低溫適應(yīng)性能和較高的力學(xué)性能，在膜分離領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于此類膜材料表面能低，疏水性極強(qiáng)，在處理水相分離體系時(shí)，流體透過(guò)膜的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力高，能耗大，水通量低；另外，疏水性膜表面極易吸附有機(jī)物和蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，產(chǎn)生濃差極化，使膜被嚴(yán)重污染，從而導(dǎo)致通量急劇下降，這些缺點(diǎn)制約了ptfe的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，因此本發(fā)明首先對(duì)ptfe膜進(jìn)行獨(dú)特的親水性改性。

22、在本發(fā)明技術(shù)方案中，ptfe膜外接羧基和羥基親水基團(tuán)，使得分離膜表面存在大量氫鍵，能為生成氫鍵提供氫原子，同時(shí)極性官能團(tuán)中氧原子上有孤對(duì)電子能接受其他分子提供的氫原子，分別能與水分子之間存在的氧原子上的孤對(duì)電子和氫離子形成氫鍵，由于外接基團(tuán)的ptfe膜與水分子之間形成結(jié)構(gòu)相似的氫鍵，使得ptfe膜與水的親和力有所提高，對(duì)ptfe膜完成親水性改性。

23、本發(fā)明ptfe改性分離膜中甲殼素吸附于ptfe樹(shù)脂表面產(chǎn)生空間位阻，抑制粒子間的聚集，同時(shí)少量的聚丙烯酰胺在膜材中均勻排布，可以作為樹(shù)脂改良過(guò)程中孔洞的支架，為金屬離子的富集提供空間結(jié)構(gòu)。該兩種結(jié)構(gòu)的配合使得本發(fā)明ptfe改性分離膜在形成親水性的同時(shí)產(chǎn)生了較優(yōu)秀的內(nèi)部分子制成效果，能夠避免“水粘合”現(xiàn)象的發(fā)生，尤其在過(guò)濾過(guò)程中，本發(fā)明濾芯主要對(duì)于工業(yè)廢水中的金屬離子雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾富集，通常金屬離子會(huì)在濾芯表面富集且增強(qiáng)“水粘合”現(xiàn)象的發(fā)生，而本發(fā)明形成微觀分子支架結(jié)構(gòu)對(duì)ptfe改性分離膜的結(jié)構(gòu)形成支撐同時(shí)將金屬離子富集在內(nèi)部，使得金屬離子不但不會(huì)在表面富集增強(qiáng)“水粘合”效應(yīng)以產(chǎn)生膜間制約，反而會(huì)增強(qiáng)分子內(nèi)支撐作用，使得本發(fā)明的ptfe改性分離膜的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定而具備更長(zhǎng)的使用壽命。

24、此外，常規(guī)的ptfe改性分離膜多層堆疊使用時(shí)也存在較為明顯的另一形式膜間制約作用，導(dǎo)致大量的過(guò)濾物富集在ptfe分離膜的堆疊界面，導(dǎo)致大量的雜質(zhì)富集，使得濾芯的流通量快速下降，難以有效實(shí)現(xiàn)過(guò)濾。同時(shí)雜質(zhì)富集導(dǎo)致濾芯將可能產(chǎn)生一定的形變，進(jìn)一步導(dǎo)致過(guò)濾效果的減弱。

25、而通過(guò)多次的改性延長(zhǎng)折疊濾芯使用壽命，抑制了膜間制約作用，提高濾芯的過(guò)濾速率及過(guò)濾效果。

26、在本發(fā)明技術(shù)方案中，丙烯酰胺和引發(fā)劑在常溫條件下就可以發(fā)生聚合，形成聚丙烯酰胺，同時(shí)釋放出大量的熱，在熱能的催化下8-羥基喹啉引入四氟乙烯樹(shù)脂骨架中，形成具備特殊絡(luò)合能力的8-羥基喹啉螯合樹(shù)脂，這種樹(shù)脂對(duì)環(huán)境中存在的鉻、鎳、鋅等重金屬離子有很強(qiáng)的吸附作用。在有機(jī)溶劑的浸泡中，螯合樹(shù)脂會(huì)與三乙磷酸鋁形成由金屬鋁和有機(jī)配體組成的框架結(jié)構(gòu)，有機(jī)框架結(jié)構(gòu)中含有大量的具有抗菌作用的鋁離子，可隨著有機(jī)框架的變化緩慢釋放，達(dá)到持續(xù)殺菌的效果，有機(jī)框架變化后可以通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量氧自由基來(lái)進(jìn)行殺菌消毒。在氨水環(huán)境下，四氟乙烯樹(shù)脂表面的羥基基團(tuán)能夠與氫氧根離子反應(yīng)，使得四氟乙烯樹(shù)脂表面帶負(fù)電，利用靜電斥力減弱四氟乙烯樹(shù)脂顆粒相互靠近形成沉淀的幾率。

27、經(jīng)過(guò)發(fā)明團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提供的ptfe分離膜中，具備特殊絡(luò)合能力的8-羥基喹啉螯合樹(shù)脂的羥基喹啉通過(guò)有機(jī)縮合使得樹(shù)脂孔洞內(nèi)含有相對(duì)h+離子濃度較高，呈現(xiàn)相對(duì)弱酸性條件，在弱酸下，重金屬離子的溶解性增加，在樹(shù)脂結(jié)合一定量h+離子后，8-羥基喹啉螯合樹(shù)脂的特殊結(jié)構(gòu)增加了其中h+與重金屬離子的交換能力，并形成聚合物，聚合物上的多配位官能團(tuán)與金屬離子形成絡(luò)合物，功能基團(tuán)上的原子與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)，產(chǎn)生配位共價(jià)鍵，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鰲合物，與離子交換樹(shù)脂吸附金屬離子的原理不同，離子交換樹(shù)脂是利用靜電作用與金屬離子結(jié)合。因此，鰲合樹(shù)脂與金屬離子的結(jié)合更加穩(wěn)定，結(jié)合力更強(qiáng)，特異選擇性更好，應(yīng)用更加廣泛。

28、同時(shí)，甲殼素在氨水溶液中，其分子鏈中的氨基和羥基均能夠與四氟乙烯樹(shù)脂表面的羥基基團(tuán)形成化學(xué)連接，起到良好的防沉、抗流掛作用。四氟乙烯樹(shù)脂在使用中會(huì)產(chǎn)生“中毒”現(xiàn)象，所謂的中毒是指其在使用了一段時(shí)間后，會(huì)失去離子交換功能現(xiàn)象，在使用過(guò)程中，四氟乙烯基的自聚速率大于與乙烯共聚，因此在初期，進(jìn)入的四氟乙烯基單元比例較高，而后期，四氟乙烯基單體已基本消耗完，反應(yīng)主要為乙烯的自聚，結(jié)果，由于內(nèi)部的交聯(lián)密度不同，外疏內(nèi)密，在樹(shù)脂使用中，體積較大的離子或分子擴(kuò)散進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部，而在再生時(shí)，由于外疏內(nèi)密的結(jié)構(gòu)，較大離子或分子會(huì)卡在分子間隙中，不易與可移動(dòng)離子發(fā)生交換，最終失去部分功能，造成樹(shù)脂“中毒”，但是當(dāng)樹(shù)脂內(nèi)部存在較大的孔隙通道時(shí)就避免了外疏內(nèi)密的結(jié)構(gòu)，從而克服了中毒現(xiàn)象，在本發(fā)明技術(shù)方案中，少量的聚丙烯酰胺在膜材中均勻排布，可以作為樹(shù)脂改良過(guò)程中孔洞的支架，為金屬離子的富集提供空間結(jié)構(gòu)，樹(shù)脂分子隨聚合的進(jìn)行逐漸卷縮，形成極細(xì)小的分子圓球，圓球之間通過(guò)分子鏈相互纏結(jié)，形成一簇葡萄狀小球孔道，獲得充足的空隙和較大的比表面積。

29、此外，本發(fā)明折疊式濾芯由一層長(zhǎng)纖維無(wú)紡布、一層細(xì)短纖維無(wú)紡布、一層ptfe改性分離膜和一層平面導(dǎo)流網(wǎng)疊合構(gòu)成，細(xì)短纖維無(wú)紡布設(shè)置在濾膜的上游，長(zhǎng)纖維無(wú)紡布設(shè)置在細(xì)短纖維無(wú)紡布的上游，平面導(dǎo)流網(wǎng)設(shè)置在濾膜的下游。細(xì)短纖維無(wú)紡布起到預(yù)過(guò)濾及保護(hù)濾膜的作用，增加了濾芯的納污量；長(zhǎng)纖維無(wú)紡布增強(qiáng)折疊層的挺刮性；平面導(dǎo)游網(wǎng)減少了流體阻力，提高了濾芯的流量，同時(shí)強(qiáng)化ptfe改性分離膜在支撐筒內(nèi)的結(jié)合力防止纖維脫落。

30、本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明提供的折疊式濾芯消除ptfe改性分離膜在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的膜間制約，導(dǎo)致過(guò)濾能力和使用壽命短的問(wèn)題。

31、（2）本發(fā)明折疊式濾芯用于金屬離子過(guò)濾時(shí)有非常優(yōu)異的過(guò)濾效果以及內(nèi)部富集能力，能夠避免外表面由于離子同化導(dǎo)致的過(guò)濾性能減弱的問(wèn)題發(fā)生。

32、（3）本發(fā)明在聚四氟乙烯樹(shù)脂中使用其他纖維搭建空間結(jié)構(gòu)，確保濾芯的過(guò)濾速率及過(guò)濾效果。