中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于過(guò)濾膜管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，聚偏氟乙烯樹脂(PVDF)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)具有優(yōu)良綜合性能的新材料，年增長(zhǎng)速率10%以上，產(chǎn)量約占全部含氟塑料總量的14%左右。它的重要性在含氟高分子材料中位居第二位，全球年產(chǎn)已超過(guò)4.3萬(wàn)噸。
[0003]聚偏氟乙烯(PVDF)分子結(jié)構(gòu)式為[-CF2-CH2-]n，具有:(1)良好的力學(xué)性能，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐沖擊、耐磨和耐切割性能；(2)壓電性、介電性和熱電性等特殊性能(3)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在室溫下不易被酸、堿、強(qiáng)氧化劑和齒素所腐蝕，對(duì)脂肪烴、芳香烴、醇和醛等有機(jī)溶劑很穩(wěn)定，在鹽酸、硝酸、硫酸和稀、濃堿液(40%)中以及高達(dá)100°C溫度下，其理化性能基本不變；(4)優(yōu)異的抗γ射線、紫外線輻射和耐老化性能，其薄膜長(zhǎng)期置于室外不變脆，不龜裂。由于PVDF的良好性能，以PVDF為基料制成的膜(PVDF膜)表面能極低、疏水性好，是膜蒸餾、膜吸收、有機(jī)溶劑精制等非水體系分離過(guò)程的理想用膜。但由于其強(qiáng)疏水性，在進(jìn)行水相分離時(shí)，很容易吸附水中蛋白質(zhì)、膠體粒子等疏水性物質(zhì)而導(dǎo)致膜孔堵塞，造成膜污染，使膜通量和截流率下降，膜的使用壽命縮短，因此制約了其在生化制藥、食品飲料和水處理領(lǐng)域等水相體系中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜及制造方法，其雙皮層結(jié)構(gòu)獲得合適的膜孔徑和孔隙率，從而提高了膜的純水通量，提高了產(chǎn)能，提高了膜絲的機(jī)械強(qiáng)度，本發(fā)明的PVDF膜耐污染、強(qiáng)度高、通量大、適用范圍廣，尤其適用于第三代優(yōu)質(zhì)飲用水生產(chǎn)所適用的各類膜生物反應(yīng)器的膜組件。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜，所述膜的平均孔徑為0.03-0.10 μ m，膜的孔隙率為70%-80%，膜的純水通量200-800L/m2.h，中空纖維外徑為1.2-1.3毫米，內(nèi)徑為0.65-0.75毫米，膜抗壓強(qiáng)度0.51-0.55Mpa。
[0006]所述的膜為雙皮層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為:外致密層、小指狀孔支撐層、海綿層、大指狀孔支撐層、內(nèi)致密層。
[0007]中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜的制造方法，包括以下步驟:
①制膜液制備:將重量份數(shù)為15-22聚偏氟乙稀、重量份數(shù)為76-81的溶劑和重量份數(shù)為4-12的添加劑依次加入攪拌釜內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度為80°C，攪拌制成制膜液；
②制膜液脫泡:用氮?dú)饧訅簩⒅颇ひ捍蛉爰徑z釜脫泡，常溫下攪拌3-5小時(shí)后靜止3-5小時(shí)脫泡，排出料液無(wú)氣泡均勻澄清透明即可準(zhǔn)備紡絲制膜；
③紡絲制膜:將凝膠槽加凝膠液，凝膠浴溫度為20-40°C，氮?dú)鉁p壓閥上精密壓力為
0.2-0.28MPa，把噴絲板裝到紡絲管路上，打開紡絲閥門觀察噴絲板有連續(xù)均勻膜液流出后，把芯液管裝到噴絲板上，制膜液與芯液一同噴出，經(jīng)迅速蒸發(fā)后，進(jìn)入凝膠浴中凝固成型，把成型的中空纖維膜絲慢速放到排絲輪和繞絲輪上，調(diào)節(jié)繞絲轉(zhuǎn)速為10— 15r/min，排絲轉(zhuǎn)速為15—40 r/min，芯液流量為1.5-3.5L/h，干紡程為3_10cm，膜絲經(jīng)漂洗后，對(duì)其進(jìn)行親水處理，即獲得PVDF中空纖維膜。
[0008]所述的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一種或任意比兩種以上。
[0009]所述的添加劑為聚β羥基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、吐溫80、0Ρ-10和氯化鋰中的一種或任意比兩種以上。由于添加劑的相互配合使用，利于指狀孔的生成，從而改善了膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了膜的性能。
[0010]所述的聚偏氟乙稀特性粘度為1.60-1.65、重均分子量為50-80萬(wàn)道爾頓。
[0011]所述的芯液為含20_30wt%溶劑的去離子水溶液。
[0012]所述親水劑為含50_55wt%丙三醇的去離子水溶液。
[0013]所述凝膠液為含60_80wt%溶劑的去離子水溶液。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)改進(jìn)工藝、優(yōu)化原輔材料的配料比例和添加劑，利于膜體指狀孔的生成，改善了中空纖維膜結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)外雙皮層結(jié)構(gòu)，增大膜的水通量，增強(qiáng)膜的親水性能，從而提高膜的抗污染性能，提高了膜的機(jī)械強(qiáng)度。因此本技術(shù)解決了傳統(tǒng)超濾膜耐污性能差、機(jī)械強(qiáng)度不高等技術(shù)難題，拓寬了膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別適用于新的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求下的受污染水源水生產(chǎn)健康飲用水的膜工藝。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的中空纖維膜縱斷面的電鏡相片。
[0016]圖中:1_外致密層、2-小指狀孔支撐層、3-海綿層、4-大指狀孔支撐層、5-內(nèi)致密層。
[0017]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作具體的說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:
中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜為雙皮層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為:外致密層(1)、小指狀孔支撐層(2 )、海綿層(3 )、大指狀孔支撐層(4 )、內(nèi)致密層(5 )。
[0019]制備方法為:
溶劑:DMF為76wt%，聚偏氟乙烯為16wt%，添加劑:聚乙烯吡咯烷酮為4wt%、聚乙二醇PEG-1000為2wt%、吐溫80為2wt%，按制膜配方將下述物質(zhì)依次加入攪拌釜內(nèi)，調(diào)節(jié)溫控表溫度為80°C，攪拌制成制膜液。脫泡，排出料液無(wú)氣泡均勻澄清透明時(shí)準(zhǔn)備紡絲制膜。調(diào)節(jié)凝膠浴溫度為20°C，減壓閥上精密壓力表刻度為0.2MPa，芯液流量1.5L/h，干紡程為3cm，制膜液經(jīng)迅速蒸發(fā)后，進(jìn)入凝膠浴中凝固成型；調(diào)節(jié)繞絲轉(zhuǎn)速15 r/min，排絲轉(zhuǎn)速20 r/min，至制膜配方要求。膜絲經(jīng)漂洗后，對(duì)其進(jìn)行親水處理。親水劑系由丙三醇50wt%和去離子水組成，芯液為含22wt%溶劑的去離子水溶液，凝膠液為含60wt%溶劑的去離子水溶液。獲得的PVDF中空纖維膜斷面參見附圖1。膜外徑1.2mm，內(nèi)徑0.65mm，孔隙率78%，純水通量為600L/m2.h，平均孔徑0.05 μ m，膜抗壓強(qiáng)度0.51Mpa。
[0020]實(shí)施例2:
中學(xué)物理課外高強(qiáng)度耐污中空纖維膜為雙皮層結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為:外致密層(1)、小指狀孔支撐層(2 )、海綿層(3 )、大指狀孔支撐層(4 )、內(nèi)致密層(5 )。
[0021]制備方法為:
溶劑:DMF為72wt%，聚偏氟乙烯為18wt%，添加劑:聚乙二醇PEG-1000為5wt%、吐溫80為