一種中空纖維納濾膜以及生產中空纖維納濾膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種中空纖維納濾膜以及生產中空纖維納濾膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]納濾膜技術是近年來國內外發展較快的新型膜分離技術。納濾膜是介于超濾膜和反滲透膜之間的一種以壓力驅動的膜。納濾膜具有納米級的膜孔徑，并且膜上多數情況下帶有電荷，所以納濾膜在運行時可以截留住二價或多價離子和較大分子量的有機物，而允許單價離子通過。因此，基于納濾膜的獨特性能，其廣泛應用于廢水處理、食品工業、化工醫藥業和飲用水行業等。
[0003]目前大多數商業化的納濾膜為卷式納濾膜。卷式膜有抗污染能力差、較難清洗和對進水水質要求高等問題。相比卷式納濾膜，中空纖維納濾膜具有處理水量大，膜的比較面積大，可以進行反洗等優點。從而可以有效的提高膜本身的抗污染能力，并延長納濾膜的使用壽命。從納濾膜的制備技術方面來說，目前主要有相轉化法和復合法、相轉化方法是制備的納濾膜較為簡單，但是制備的納濾膜有耐用性較差，通量較低等問題。
[0004]大部分商業化的納濾膜產品均是通過復合法制備的。復合法的過程包括基膜和分離層的制備。通常，基膜是制備是通過相轉化方法，而分離層一般采用界面聚合法來制備。制備的基膜要求有適當的孔徑、孔徑分布、孔隙率和化學穩定性。一般的中空纖維納濾膜都是采用復合法進行制備，使得支撐層與分離層之間易發生剝離，并且整體通量較低。
【發明內容】
[0005]鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明的主要目的在于解決現有技術的缺陷，本發明提供一種中空纖維納濾膜以及生產中空纖維納濾膜的制備方法，該中空纖維納濾膜具有高的力學性能、親水性和透水性，同時該制備方法工藝簡單且生產效率高。
[0006]本發明提供了一種中空纖維納濾膜，包括支撐管、納米纖維基層以及納濾分離層，所述納米維基層設置在所述支撐管與所述納濾分離層之間，所述支撐管的外徑為0.4?
2.3mm，所述支撐管的壁厚為0.1?0.7mm，所述支撐管為無機或有機聚合物材料編織而成的支撐管。
[0007]可選的，所述支撐管的無機聚合物材料為蠶絲、銅絲、不銹鋼絲、泡沫鎳、氧化鋯或氧化鋁金屬篩網中的一種或多種。
[0008]可選的，所述支撐管的有機聚合物材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酰間苯二胺、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚丙烯晴、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇縮甲醛中的一種或多種。
[0009]可選的，所述納米纖維基層的材料為聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯晴、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚己內酯、醋酸纖維素、膠原蛋白、聚苯并咪挫、聚丙烯酸銨、聚乙烯咔唑或聚酰亞胺中的一種或多種。
[0010]本發明還提供一種生產中空纖維納濾膜的方法，包括以下步驟:
[0011]S1:在支撐管的外表面涂覆通過靜電紡絲工藝制備納米纖維基層；
[0012]S2:將外表面復合有納米纖維基層的支撐管進行離子水沖洗20?40min，之后放置在40?80°C的干燥室內進行干燥處理6?lOhrs，完成上述工序后放置于干燥室內備用；
[0013]S3:將經過步驟S2處理后的支撐管浸入20?25°C的水相單體溶液中60?480s，取出后吸干表層液體，然后浸入25°C的有機相單體溶液60?300s，取出后吸干外表面液體，然后在50?120°C的環境中進行熱處理I?30min，最后形成中空纖維納濾膜。
[0014]可選的，所述步驟SI中通過靜電紡絲工藝制備納米纖維基層具體包括以下步驟:
[0015]Al:選擇聚合物，將聚合物熔融或者溶于溶劑中，均勻攪拌得到聚合物的熔體或者溶液。所述熔體或者溶液的濃度范圍為:5wt%? 10wt% ;
[0016]A2:將聚合物紡絲溶液注入到紡絲注射器內，采用針頭靜電紡絲設備制備納米纖維層，所述針頭靜電紡絲設備的工作電壓為10?100KV，所述注射器到所述收集器的距離為5?60cm ；
[0017]A3:當使用針頭靜電紡絲設備時，針頭固定并均勻分布在滾筒收集器的外圈。同時，支撐管均勻排布在滾筒型收集器的外圈，與滾動收集器同步旋轉并按設定速度前進，而支撐管管本體不進行自轉運動，納米纖維均勻的包裹于支撐管的外表面。
[0018]可選的，所述溶劑為溶解親聚合物的溶劑，可為N，N-二甲基甲酰胺、正庚烷、二氯甲烷、三氯甲烷、環己烷、三氟乙酸、甲苯、四氫呋喃、丙酮、二甲基亞砜、水、乙醇、甘油、乙二醇、聚乙二醇、二甲基亞砜、苯酚、酰胺類、三乙醇胺、乙醇銨鹽、脲、甲酸或乙酸中的一種或幾種。
[0019]可選的，所述水相單體溶液為多元胺類中的一種溶解于水溶液中形成的水相單體溶液，其中多元胺類包括芳香族和脂肪族兩類，所述芳香族包括間苯二胺，對苯二胺，鄰苯二胺，均苯三按，4-甲基間苯二胺，間苯二胺-5-磺酸，N，N-二甲基間苯二胺以及聚間氨基苯乙烯，所述脂肪族包括哌嗪，1，4-環己二胺，聚乙烯醇、殼聚糖，聚乙烯胺和多胺基聚氧乙稀。
[0020]可選的，所述有機相單體溶液為酰氯和異氰酸酯中的一種溶解于烷烴中形成的有機相單體溶液，其中酰氯和異氰酸酯均包括芳香族和脂肪族兩類，所述芳香族包括對苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯、鄰苯二甲酰氯，均苯三甲酰氯，甲基間苯二異氰酸酯，5-氧甲酰氯-異酞酰氯，5-異氰酸酯-異酞酰氯和甲基間苯二異氰酸酯，所述脂肪族包括1，3，5-環乙烷三甲酰氯和1，3，4-環戊烷三酰氯。
[0021]本發明具有以下優點和有益效果:本發明提供一種中空纖維納濾膜以及生產中空纖維納濾膜的制備方法，該中空纖維納濾膜采用多層支撐結構制備中空纖維納濾膜，內部使用高強度支撐管結構作為中空纖維納濾膜的內部支撐層，在支撐管外層表面，通過靜電紡絲工藝，制備納米纖維層作為中空纖維納濾膜的基層，最后在中空纖維納濾膜的最外層采用界面聚合方法制備納濾分離層，由于納米纖維層經過熱處理和滾壓工藝，各層之間的連接強度得到了有效的提高；這種多層結構在極大的提高了各層之間粘結性的同時，可以有效的提高膜的親水性和透水量；由于采用了靜電紡絲工藝，制備的納米纖維基層具有優良的孔隙率，透水量，同時通過靜電紡絲工藝制備的復合納米纖維基層可以有效的避免超濾作為基膜所產生的各種問題；本發明提供的中空纖維納濾膜性能優良，同時具有優良的親水性和抗污染能力，通量可以達到40L/m2以上，對一價和二價鹽的脫除率分別為>40%和>95% ;另外，本發明提供的一種生產中空纖維納濾膜的制備方法，其工藝簡單，易于操作，適合工業化應用。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明提供的中空纖維納濾膜的結構示意圖；
[0023]圖2為本發明提供的表面設置有多個支撐管的生產中空纖維納濾膜的設備的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將參照附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0025]如圖1至2所示:本發明實施例的一種中空纖維納濾膜，包括支撐管1、納米纖維基層2以及納濾分離層3，所述納米維基層2設置在所述支撐管I與所述納濾分離層3之間，所述支撐管I的外徑為0.4?2.3mm，所述支撐管I的壁厚為0.1?0.7mm，所述支撐管I為無機或有機聚合物材料編織而成的支撐管，所述支撐管的無機聚合物材料為蠶絲、銅絲、不銹鋼絲、泡沫鎳、氧化鋯或氧化鋁金屬篩網中的一種或多種，所述支撐管的有機聚合物材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酰間苯二胺、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚丙烯晴、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇縮甲醛中的一種或多種，所述納米纖維基層的材料為聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚丙烯晴、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚己內酯、醋酸纖維素、膠原蛋白、聚苯并咪挫、聚丙烯酸銨、聚乙烯咔唑或聚酰亞胺中的一種或多種；該中空纖維納濾膜采用多層支撐結構制備中空纖維納濾膜，內部使用高強度支撐管結構作為中空纖維納濾膜的內部支撐層，在支撐管外層表面，通過靜電紡絲工藝，制備納米纖維層作為中空纖維納濾膜的基層，最后在中空纖維納濾膜的最外層采用界面聚合方法制備納濾分離層，由于納米纖維層經過熱處理和滾壓工藝，各層之間的連接強度得到了有效的提高；這種多層結構在極大的提高了各層之間粘結性的同時，可以有效的提高膜的親水性和透水量；由于采用了靜電紡絲工藝，制備的納米纖維基層具有優良的孔隙率，透水量，同時通過靜電紡絲工藝制備的復合納米纖維基層可以有效的避免超濾作為基膜所產生的各種問題；本發明提供的中空纖維納濾膜性能優良，同時具有優良的親水性和抗污染能力，通量可以達到40L/m2以上，對一價和二價鹽的脫除率分別為>40%和>95%。
[0026]本發明還提供一種生產中空纖維納濾膜的設備，包括紡絲注射器200以及針頭靜電紡絲設備100，所述紡絲注射器200設置在所述針頭靜電紡絲設備的上方，所述針頭靜電紡絲設備包括主軸10以及滾筒收集器20，所述滾筒收集器20設置在所述主軸10上，所述主軸與外部電源相連接，所述滾筒收集器外部兩端的圓周方向上設置有多個均勻分布的靜電紡絲針頭30，所述主軸與外部的電機相連接，所述滾筒收集器在主軸的帶動下沿圓周方向轉動，所述滾筒收集器20的外部圓周方向沿軸向均勻設置有多個所述支撐管，支撐管在滾筒收集器20上完成紡絲工藝，工藝簡單且操作效率高，提高了企業的生產效率，進一步增強了企業的競爭力。