一種增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中空纖維超濾膜，尤其涉及一種增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]膜分離自出現(xiàn)以來短短幾十年間已在國民經(jīng)濟的諸多領域得到廣泛應用，尤其在當前水環(huán)境污染日益嚴重的情況下，膜分離用于污水的處理更加迫切，既可以減少污染物的排放，又能回收有用的水資源。應用于污水處理的膜大部分是中空纖維超濾膜，因其膜絲纖細，單位體積內(nèi)的填裝面積大，水通量大，成本低而廣泛應用，如MBR膜片，中水回用超濾膜組件等。但中空纖維超濾膜在使用中有個致命的缺點就是在不斷地正沖洗、反沖洗、化學清洗和曝氣擦洗后容易斷絲，一旦斷絲，膜過濾就會短路，有部分污水就從斷裂開的膜絲口流出，造成出水水質(zhì)下降，甚至嚴重時造成整個水處理系統(tǒng)的崩潰，也因此問題嚴重影響了超濾膜的進一步推廣應用。
[0003]中空纖維超濾膜使用中容易斷絲與中空纖維超濾膜的特性所決定的，中空纖維超濾膜為了提高裝填密度，一般膜絲的外徑在1.8mm以下，為了降低透膜壓差，壁厚在0.4mm以下，并且盡量大地在膜壁上生成大量的過濾微孔，就象海棉結(jié)構，這樣的一根膜絲很細，很薄，很弱，在使用過程中受水壓的反復沖擊，就容易造成膜絲的破損甚至斷裂。
[0004]所以，用戶期盼著超強的中空纖維超濾膜的出現(xiàn)，以解決當前普遍存在的斷絲問題，以延長膜的使用壽命，提高經(jīng)濟性。在改善斷絲方面，也有些膜廠家在嘗試多種加強的方法，如專利201310526912.8中是通過有在膜內(nèi)部襯有纖維管的方法，但該方法成本高，涂覆的膜壁容易與內(nèi)支撐層脫離的問題。也有的在聚氯乙烯(PVC)內(nèi)部加長纖維來增強膜絲拉斷強度的辦法，如專利201010205194.0，但是該專利僅限于膜材料為聚氯乙烯(PVC)，而聚氯乙烯因其材料本身疏水性強，抗污染性差，耐余氯的氧化性差，韌性不夠等原因，很少應用在污水處理中，所以市場上急需一種既能用于污水處理的，雙不易斷絲的一種中空纖維超濾膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個目的是提供一種鑄膜液，用于中空纖維超濾膜，能提高中空纖維超濾膜的強度和通量；本發(fā)明的第二個目的是提供一種增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，具有高強度和高通量，不易斷絲；本發(fā)明的第三個目的是提供上述增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明的第一個方面是提供一種鑄膜液，按照重量百分比計，其組成包括:聚偏氟乙烯13?18%、親水劑I?5%、高分子成孔劑4?10%和溶劑67?82%。
[0007]優(yōu)選地，所述聚偏氟乙稀的分子量為40?80萬道爾頓。
[0008]優(yōu)選地，所述親水劑為吐溫、環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷共聚物、納米二氧化硅、納米三氧化二鋁中的一種或幾種。
[0009]優(yōu)選地，所述高分子成孔劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)選地，所述溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明的第二個方面是提供一種增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，所述增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的中空纖維內(nèi)外表面有一薄膜，所述薄膜由本發(fā)明第一個方面所述的鑄膜液經(jīng)凝固、漂洗、浸泡得到。
[0012]其中，所述增強纖維為玻璃纖維、滌綸、腈綸、聚脂、尼龍中的一種或幾種，纖維的結(jié)構為長纖維。
[0013]優(yōu)選地，每根增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的增強纖維的束數(shù)是I?8根。
[0014]優(yōu)選地，所述中空纖維膜的內(nèi)徑為0.4?2.2mm，外徑為0.7?3.2mm。
[0015]本發(fā)明的第三個方面是提供本發(fā)明第二個方面所述的增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備方法，包括以下步驟:
[0016]步驟I，配制鑄膜液:將鑄膜液各組分在40?80°C下充分攪拌混勻4?18小時，然后脫除氣泡；將增強纖維用有機溶劑進行表面預處理，所述有機溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或二者的混合物；
[0017]步驟2，將預處理后的增強纖維和鑄膜液同時經(jīng)過噴絲頭擠出，經(jīng)過一段空氣隙后，進入凝固浴中凝固成型，其中，噴絲頭芯液流量為I?40ml/min，紡絲速度為2?25m/min,空氣隙距離為10?50cm，凝固浴中溫度為18?50°C，凝固浴由質(zhì)量比為O?30: 70?100的二甲基乙酰胺和水配制而成；
[0018]步驟3，水漂洗，10?50%甘油水溶液浸泡，既得。
[0019]優(yōu)選地，步驟3中，水漂洗4?24h，10?50%甘油水溶液浸泡4?24h。
[0020]采用本發(fā)明提供的鑄膜液用于制備增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，能大大提高中空纖維超濾膜的拉斷強度從而延長了膜的使用壽命，同時，不必為了增強膜絲強度而提高鑄膜液的固含量造成膜透水量的減少，從而能更好的應用于污水處理領域，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會價值。
[0021]說曰月書附圖
[0022]圖1為本發(fā)明增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜的制備示意圖，
[0023]其中，1-反應蓋，2-料液計量泵，3-預處理槽，4-增強纖維，5-芯液罐，6_芯液計量泵，7-噴絲頭，8-凝固槽，9-洗槽，10-繞絲輪。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種鑄膜液，按照重量百分比計，其組成包括:聚偏氟乙烯13?18%、親水劑I?5%、高分子成孔劑4?10%和溶劑67?82%。所述聚偏氟乙烯的分子量優(yōu)選為40?80萬道爾頓。所述親水劑優(yōu)選為吐溫、環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷共聚物、納米二氧化硅、納米三氧化二鋁中的一種或幾種。所述高分子成孔劑優(yōu)選為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。所述溶劑優(yōu)選為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。
[0025]本發(fā)明還提供一種采用上述鑄膜液制備而成的增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜，所述增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜中的中空纖維內(nèi)外表面有一薄膜，所述薄膜由上述鑄膜液經(jīng)凝固、漂洗、浸泡得到。其中，所述中空纖維為玻璃纖維、滌綸、腈綸、聚脂、尼龍6中的一種或幾種，纖維結(jié)構為長纖維。每根增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜絲中的增強纖維的束數(shù)優(yōu)選為I?8根。所述中空纖維膜絲的內(nèi)徑優(yōu)選為0.4?2.2mm，外徑優(yōu)選為 0.7 ?3.2mm。
[0026]參照圖1，所述增強型聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜采用下述方法制備而成:
[0027]將鑄膜液各組分加入到反應釜I中，在40?80°C下充分攪拌混勻6?18小時，然后脫除氣泡；將增強纖維4繞經(jīng)預處理槽3中的有機溶劑進行表面預處理，所述有機溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或二者的混合物；
[0028]鑄膜液經(jīng)料液計量泵2計量后，與預處理后的增強纖維4同時經(jīng)過噴絲頭7 —起擠出，經(jīng)過一段空氣隙后，進入凝固槽8中的凝固浴中凝固成型，其中，噴絲頭芯液流量為I?40ml/min，紡絲速度為2?25m/min，空氣隙距離為10?50cm，凝固浴中溫度為18?50°C，凝固浴由質(zhì)量比為O?30: