聚醚砜中空纤维超滤膜及其加工装置和制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及聚醚砜中空纤维超滤膜及其加工装置和制备方法，制备该中空纤维超滤膜的喷丝板位于凝固浴的液面下方，且喷丝板上的出丝口与导丝轮的上端平行，由于铸膜液、凝固浴及芯液的组分中增加表面活性剂和无机盐添加剂能够有效调控料液发生相转化机理，有效调控聚醚砜中空纤维膜的有效分离孔径，可以影响聚醚砜中空纤维膜的亲水性，另外，控制芯液的流量来控制超滤膜孔径的大小，这样生产出的超滤膜的孔径较大，通量大，分离精度高，清洗次数少。

Polyethersulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and processing device and preparation method thereof

The present invention relates to polyethersulfone hollow fiber ultrafiltration membrane and its processing device and preparation method of surface preparation under the spinneret plate of the hollow fiber ultrafiltration membrane in the coagulation bath, and spinneret on the thread outlet and the upper end of the yarn guide wheel in parallel, because components of casting solution and coagulation bath and liquid core the increase of surfactant and inorganic salt additives can effectively control the feed mechanism of phase transformation, the effective separation of effective aperture regulation of polyethersulfone hollow fiber membrane, can affect the hydrophilicity of PES hollow fiber membrane and liquid core control to control the flow of ultrafiltration membrane pore size, such production of ultrafiltration membrane the large pore size, large flux, high separation precision, less cleaning.

【技术实现步骤摘要】
聚醚砜中空纤维超滤膜及其加工装置和制备方法
本专利技术涉及一种聚醚砜中空纤维超滤膜及其加工装置和制备方法。
技术介绍
在生物化工领域，高效低耗的分离纯化技术，对发展安全清洁、绿色低碳、集约集聚、创新高效的绿色生物化工有着重要作用。膜分离技术因其无相变、占地少、成本低、无二次污染和不破坏产品结构等优点而广泛应用于生物化工中的微生物发酵液、蛋白、酶等热敏性物系的分离、纯化或浓缩。然而，这些物系中大量存在的蛋白质、多糖等会造成严重的膜污染，迅速衰减膜通量，不得不通过反复清洗或不断更换膜组件来维持过滤效率，使得生产中膜投资和维护成本较高。目前用于水处理领域的高分子膜材料主要有聚砜、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯晴、聚醚砜等，其中聚醚砜(PES)具备耐高温、耐盐酸、稀硫酸、冰醋酸、硝酸、氢氧化钠、氯化钾、氢氧化钾等强腐蚀介质，而且可以溶解于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等溶剂，适于应用相转化法来制备超滤膜，同时又由于其分子链中含有大量醚键，使得该材料具有很好的韧性，尤其适于制备具备自支撑结构的中空纤维超滤膜。在同系列的聚合物中，PES成本相对较低，更有市场竞争潜力，但是聚醚砜的亲水性差，杂质大量吸附在膜的表面，膜污染严重，通量衰减快，膜难以清洗。现有的有机高分子超滤膜内径较小，在不使用基膜的情况下，难以生产内径较大的有机高分子超滤膜，如果使用现有的装置生产大孔径的中空纤维膜，易导致生产出的膜较扁平，无法正常使用；当有机高分子超滤膜内径较小时，在高粘度的物料分离、高悬浮物浓度分离过程中容易发生膜丝堵塞，造成膜组件无法正常使用。一般的有机高分子超滤膜包括有效分离层和支撑层，当有效分离层和支撑层为不同材料时，存在粘结不牢的现象；且一般的有机高分子超滤膜在超过50℃的环境中使用时，膜组件无法正常使用。现有的加工中空纤维膜的装置，喷丝板的出丝口距离导丝轮都有一段空气间隙，即从喷丝板喷出的膜丝总是先经过空气，再进入凝固浴，而纺丝时空气的温度、湿度不稳定，外界的温湿度对膜结构影响较大，造成膜丝质量不稳定，保持恒定的空气温湿度需要较高的费用；且若初生态膜丝先经过一段空气然后进入凝固浴，初生态膜丝外壁在空气中会发生相转化，形成致密皮层，这样的膜丝水通量小。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的不足，提供一种在悬浮物浓度过高的原水水质或者粘度较大的物料分离中，能够降低浓差极化，减少膜丝内孔的堵塞，提高膜丝的水通量，减少超滤膜使用过程中的清洗次数，具有耐高温、分离效果好、抗污染的聚醚砜中空纤维超滤膜。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种聚醚砜中空纤维超滤膜，其铸膜液配方以质量百分比计：聚醚砜14～30％，溶剂35～80％，有机大分子添加剂0.5～10％，有机小分子添加剂1～15％，无机盐添加剂：0.5～5％，表面活性剂1～10％，各组分之和为100％；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺溶剂中的至少一种；所述有机大分子添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等中的至少一种；所述有机小分子添加剂为乙二醇、丙醇、丙酸、丁酮、乙二醇甲醚中的至少一种；所述无机盐添加剂为氯化锂、氯化锌、硝酸锂、碳酸钙、氯化钙中的至少一种；所述表面活性剂为：吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、司盘20、司盘60、司盘80中的至少一种；其芯液配方以质量百分比计：二甲基甲酰胺1～50％，二甲基乙酰胺20～60％，水10～79％，各组分之和为100％；其凝固浴配方以质量百分比计：二甲基甲酰胺：1～30％，二甲基乙酰胺1～60％，吐温10～60％，氯化锂1～10％，水10～70％，各组分之和为100％。进一步，所述聚醚砜中空纤维超滤膜的内径为3～10mm，壁厚为350～3000μm。进一步，所述超滤膜包括支撑层和设置在支撑层内外两侧的有效分离层，所述支撑层和有效分离层为同一种物质。进一步，所述聚醚砜的分子量为5～10万。本专利技术中聚醚砜中空纤维超滤膜的有益效果是：在铸膜液中适量使用无机盐添加剂能调节有效分离孔径的大小，使铸膜液整体比较稳定，长期放置不会分层，温度较低时料液依然保持稳定，起到防止料液凝胶化的效果，且更易溶于凝固浴；铸膜液中各组分的合适配比共同起到了提高聚醚砜中空纤维超滤膜持久亲水性的效果；生产出的超滤膜的内径较大，能更好地应用于悬浮物浓度过高的原水水质或者粘度较大的物料分离中，能够降低浓差极化，大大减少膜丝内孔的堵塞，防止膜丝水通量的衰减，减少了超滤膜使用过程中的清洗次数，具有耐高温、分离效果好、抗污染性能好的优点。凝固浴中含有吐温、氯化锂、水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺能够形成胶束，比较稳定；吐温和氯化锂配合使用，能够有效调控料液发生相转化机理，有效调控聚醚砜中空纤维膜的有效分离孔径，可以影响聚醚砜中空纤维膜的亲水性，使制得的聚醚砜中空纤维膜保持持久的亲水性。二甲基甲酰胺对聚醚砜的溶解能力小于二甲基乙酰胺对聚醚砜的溶解能力，对聚醚砜溶解能力越强，则膜在凝固浴中发生相转化的速度越慢，越容易形成致密的海绵状结构，反之，则容易形成大空腔结构，因此，芯液中添加二甲基甲酰胺配合二甲基乙酰胺，可调控相转化速率，达到可以有效调控膜分离孔径大小的目的，同时可以保证膜分离孔径分布均匀。超滤膜有效分离层和支撑层均为有机高分子材料本身，不存在粘结不牢的现象，膜丝有效分离层和支撑层是同时形成的，是一个整体，膜丝内外表面都具有有效分离层，既可以作为内压膜丝使用，也可以作为外压膜丝使用。聚醚砜具备耐高温、耐酸碱物质的特点，而且可以溶解于N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等溶剂，适于应用相转化法来制备超滤膜，同时又由于其分子链中含有大量醚键，使得该材料具有很好的韧性，尤其适于制备具备自支撑结构的中空纤维超滤膜，在同系列的聚合物中，PES成本相对较低，更有市场竞争潜力。另外，一般的有机高分子超滤膜只能够在5℃～45℃的环境下使用，一旦高于50℃膜组件就无法正常使用，本专利技术中的聚醚砜中空纤维膜能够在5℃～180℃的环境下使用，具有耐高温的特点。本专利技术还涉及一种加工所述聚醚砜中空纤维膜的加工装置，技术方案如下：一种聚醚砜中空纤维膜的加工装置，包括铸膜液罐、喷丝板、凝固浴水槽、导丝轮和膜丝收集器，所述铸膜液罐的出口通过连接管连接到所述喷丝板上，所述喷丝板的出丝口的前端设有若干个导丝轮，所述导丝轮的末端设有膜丝收集器，其特征在于，还包括芯液罐，所述芯液罐的出口与所述喷丝板连接，且所述芯液罐上设有加热搅拌装置，所述喷丝板位于凝固浴水槽底部，所述喷丝板的出丝口与设置在所述凝固浴水槽底部的导丝轮的上端平齐。进一步，所述喷丝板上设有料液口、喷针、布料孔、芯液口和喷孔，所述料液口设置所述喷丝板的上端，所述芯液口设置所述左端或下端，所述喷孔和喷针设置在所述喷丝板的右端，所述喷针为中空结构，所述喷孔为所述喷针外壁与所述喷丝板之间形成的环形间隙。进一步，所述的凝固浴水槽槽深为20～200cm，所述的凝固浴水槽长度为5～50m。上述聚醚砜中空纤维膜加工装置的有益效果是：生产出来的膜丝，有效分离层和支撑层均为有机高分子材料本身，不存在粘结不牢的现象，膜丝有效分离层和支撑层是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚醚砜中空纤维超滤膜，其特征在于，其铸膜液配方以质量百分比计：聚醚砜14～30％，溶剂35～80％，有机大分子添加剂0.5～10％，有机小分子添加剂1～15％，无机盐添加剂0.5～5％，表面活性剂1～10％，各组分之和为100％；所述溶剂为N，N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中的至少一种；所述有机大分子添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的至少一种；所述有机小分子添加剂为乙二醇、丙醇、丙酸、丁酮、乙二醇甲醚中的至少一种；所述无机盐添加剂为氯化锂、氯化锌、硝酸锂、碳酸钙、氯化钙中的至少一种；所述表面活性剂为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、司盘20、司盘60、司盘80等中的至少一种；其芯液配方以质量百分比计二甲基甲酰胺：1～50％，二甲基乙酰胺20～60％，水10～79％，各组分之和为100％；其凝固浴配方以质量百分比计：二甲基甲酰胺1～30％，二甲基乙酰胺1～60％，吐温10～60％，氯化锂1～10％，水10～70％，各组分之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种聚醚砜中空纤维超滤膜，其特征在于，其铸膜液配方以质量百分比计：聚醚砜14～30％，溶剂35～80％，有机大分子添加剂0.5～10％，有机小分子添加剂1～15％，无机盐添加剂0.5～5％，表面活性剂1～10％，各组分之和为100％；所述溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺溶剂中的至少一种；所述有机大分子添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的至少一种；所述有机小分子添加剂为乙二醇、丙醇、丙酸、丁酮、乙二醇甲醚中的至少一种；所述无机盐添加剂为氯化锂、氯化锌、硝酸锂、碳酸钙、氯化钙中的至少一种；所述表面活性剂为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、司盘20、司盘60、司盘80等中的至少一种；其芯液配方以质量百分比计二甲基甲酰胺：1～50％，二甲基乙酰胺20～60％，水10～79％，各组分之和为100％；其凝固浴配方以质量百分比计：二甲基甲酰胺1～30％，二甲基乙酰胺1～60％，吐温10～60％，氯化锂1～10％，水10～70％，各组分之和为100％。2.根据权利要求1所述的聚醚砜中空纤维超滤膜，其特征在于，所述聚醚砜中空纤维超滤膜的内径为3～10mm，壁厚为350～3000μm。3.根据权利要求1所述的聚醚砜中空纤维超滤膜，其特征在于，所述超滤膜包括支撑层和设置在支撑层内外两侧的有效分离层。4.根据权利要求1所述的聚醚砜中空纤维超滤膜，其特征在于，所述聚醚砜的分子量为5～10万。5.权利要求1-4任一项所述的聚醚砜中空纤维膜的加工装置，包括铸膜液罐、喷丝板、凝固浴水槽、导丝轮和膜丝收集器，所述铸膜液罐的出口通过连接管连接到所述喷丝板上，所述喷丝板的出丝口的前端设有若干个导丝轮，所述导丝轮的末端设有膜丝收集器，其特征在于，还包括芯液罐，所述芯液罐的出口与所述喷丝板连接，且所述芯液罐上设有加热搅拌装置，所述喷丝板位于凝固浴水槽底部，所述喷丝板的出丝口与设置在所述凝固浴水槽底...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兵涛，宋玉志，宋亮，李振山，姜满娣，梁萍，
申请(专利权)人：山东金汇膜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37