一种高强度中空纤维膜、制备方法及制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制备同质复合中空纤维膜的方法与设备，所述设备主要包含聚合物与稀释剂体系挤出设备，喷丝头、中空纤维冷却水槽、膜丝浸涂装置、浸没沉淀法纺丝平台、涂覆机头、凝固浴槽、张力控制器和收丝装置及水槽。本发明专利技术的有益效果在于：提供了一种用于制备高粘结强度复合中空纤维膜的装置，从聚合物挤出设备挤出成型的高分子聚合物作为基膜，经过中空纤维膜浸涂装置，除去表面的水分，并使其表面沾有涂覆液，再经过涂覆机头将铸膜液均匀涂覆在中空纤维膜上，最后经过凝固浴槽发生相分离，从而制备出具有高机械强度、高粘结强度的复合中空纤维膜。

A high strength hollow fiber membrane, its preparation method and preparation device

【技术实现步骤摘要】
一种高强度中空纤维膜、制备方法及制备装置
本专利技术涉及膜分离水处理用膜制备
，尤其涉及一种高强度、高粘结性能复合中空纤维膜的纺丝设备。
技术介绍
随着国家对环保领域的重视，尤其是对污水处理方法的研究，膜技术越来越多的受到人们的关注。而中空纤维膜由于其膜组件装填密度大、占地面积小、运行效率高等特点已被广泛的应用于污水处理，分离与浓缩等领域。而MBR（膜生物反应器）是现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合而产生的一种全新的高效污水处理工艺。MBR工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，而且由于曝气池中活性污泥质量浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，其发展前景很大。MBR在运行过程中面对的水质将为复杂，并且含有大量污泥，在MBR运行过程中，不断的曝气会加速污泥等对膜丝的刮擦，因此，面对这种工艺条件，膜丝必须具备很高的机械性能。目前市面上大多数的MBR用的膜丝是采用尼龙材质的编织管作为内衬，在编织管外部涂敷一层很薄的分离层，尼龙编织后的断裂强度可以达到200N，这很好的保证了膜丝的机械性能。然而，由于尼龙材质与涂敷层不属于同种材质，涂覆层在运行反洗过程中很容易发生脱落现象，而脱落后的膜丝虽然具有高强度，但其并不具有很好的分离性能。目前市面上也有采用热致相分离法制备的中空纤维膜直接应用于MBR工艺中，而热致相分离法制备的分离膜虽然具有很好的机械性能，拉伸强度可以达到10MPa，但是由于热致相分离法制备的聚合物膜具有孔径较大的特点（一般孔径大小为0.1um），相比于浸没沉淀法制备的聚合物膜（孔径大小一般为30nm-60nm左右）热法制备的膜分离性能较差。专利号为CN101543731A中制备内衬增强型MBR帘式膜的方法就是将尼龙编织管嵌入到中空纤维本体中，其改良的方法是将芯液引入到编织管内腔中，从而解决了传统涂敷工艺制备纤维编织管增强中空纤维膜中聚合物层与编织纤维管易脱离、中空纤维内腔易堵塞等技术难题，但是其本质上并未改变编织管的材质，针对不同材质，其涂覆层与基膜的粘结性能依旧不是非常突出，并且引入了芯液，使得整个生产过程产生较多的废溶剂，对环境和废液处理带来较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的MBR中空纤维膜制备方法与设备是将热致相分离法与浸没沉淀法两种相分离法制备聚合物膜的方法相结合，成功制备出具有高机械性能、高粘结性能的MBR膜，同时也具有很高分离效率。本专利技术的第一个方面，提供了：一种高强度中空纤维膜，包括支撑层和分离层，所述的支撑层是通过热致相分离方法制备得到，所述的分离层是通过在支撑层上通过浸没沉淀相转化方法制备得到。在一个实施方式中，所述的支撑层和分离层的材质分别独立地选自PS、PP、PES、PVDF、PAN、PVC、ECTFE中的一种。本专利技术的第二个方面，提供了：一种高强度中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：第1步，通过热致相分离的方法制备得到中空纤维基膜；第2步，在所述的中空纤维基膜的表面通过浸没沉淀相转化方法得到分离层。在一个实施方式中，在第1步得到中空纤维基膜后，在膜的表面涂覆溶剂后，再进入第2步。在一个实施方式中，涂覆溶剂采用的是醇类溶剂、酮类溶剂、胺类溶剂中的一种或几种的混合。在一个实施方式中，第1步热致相分离法制备聚合物基膜所选成膜体系中包括按照重量百分比计的如下组分：聚合物30%-50%，稀释剂30%-50%，添加剂1%-40%。在一个实施方式中，聚合物是PS、PP、PES、PVDF、PAN、PVC、ECTFE中的一种。在一个实施方式中，稀释剂是酯类、醇类或者酮类溶剂中的一种或几种的混合。本专利技术的第三个方面，提供了：一种高强度中空纤维膜的制备装置，包括：铸膜液挤出装置，用于挤出热致相分离铸膜液；喷丝头，设于铸膜液挤出装置上，用于挤出热致相分离铸膜液膜丝；冷却水槽，用于接收喷丝头中得到的膜丝并进行冷却；膜丝浸涂槽，用于对冷却水槽中得到的膜丝的表面涂覆溶剂；铸膜液罐，用于放置浸没沉淀相转化法中的铸膜液；涂覆机头，用于将铸膜液罐中的铸膜液涂覆于膜丝浸涂槽中得到的膜丝表面；凝固浴槽，用于接收涂覆机头中得到的膜丝并进行凝固浴；收丝轮，用于收卷由凝固浴槽中得到的膜丝。在一个实施方式中，还包括：高压氮气瓶，连接于铸膜液挤出装置，用于对铸膜液挤出装置中加压。在一个实施方式中，还包括：泵，连接于铸膜液罐和涂覆机头，用于将铸膜液罐中的铸膜液供入涂覆机头。在一个实施方式中，还包括：第一张力传感，用于检测膜丝浸涂槽中拉出膜丝过程中的张力。在一个实施方式中，还包括：第二张力传感器，用于检测凝固浴槽中拉出膜丝过程中的张力。在一个实施方式中，还包括：铸膜液挤出装置中还设有加热装置。本专利技术的第四个方面，提供了：热致相分离方法制备得到的中空纤维聚合物分离膜在用于制备双层复合中空纤维膜的基膜中的应用。在一个实施方式中，所述的热致相分离方法制备得到的中空纤维聚合物分离膜是用于提高双层复合中空纤维膜的膜层之间结合强度、爆破强度或者减小孔径分布。本专利技术的第五个方面，提供了：有机溶剂在用于制备双层复合中空纤维膜的基膜中的应用。有益效果本专利技术提供的纺丝设备，主要包括基膜成型设备，基膜浸涂槽，涂敷纺丝平台，凝固浴和收丝轮，并且通过全程张力传感器控制纺丝过程中膜丝的张力，以保证基膜的均匀度与涂敷层的涂敷厚度，这样既保证了膜丝具有很强的机械性能，也保证了膜丝具有很好的分离性能。附图说明图1是本专利技术的生产装置图。图2是本专利技术制备得到的中空纤维膜的断面SEM照片。图3是本专利技术制备得到的中空纤维膜的断面SEM照片。图4是本专利技术制备得到的中空纤维膜的断面SEM照片。图5是对照例1中制备得到的中空纤维膜的断面SEM照片。图6是对照例2中制备得到的中空纤维膜的断面SEM照片。图7是实施例1和对照例1制备得到的中空纤维膜的孔径分布图。1-高压氮气瓶；2-铸膜液挤出装置；3-喷丝头；4-冷却水槽；5-膜丝浸涂槽；6-第一张力传感器；7-铸膜液罐；8-泵；9-涂覆机头；10-凝固浴槽；11-第二张力传感器；12-收丝轮。具体实施方式支撑层和分离层的聚合物材质分别独立地选自PS、PP、PES、PVDF、PAN、PVC、ECTFE中的一种。本专利技术中所采用的设备如图1所示，首先包括一套聚合物与稀释剂挤出设备，此设备用于热致相分离法制备中空纤维基膜，成膜体系经过喷丝头形成中空状纤维，中空状纤维浸入冷却槽后发生相分离，并迅速降温成型，得到基膜；热致相分离方法中，采用的稀释剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯等邻苯类稀释剂，或者甘油（丙三醇）等可用于热致相分离法制备聚合物分离膜的酯、醇、酮类单一或者混合稀释剂。涂覆溶液的目的可以促使分离层在浸没沉淀相转化的过程中，铸膜液能够更有效地向支撑层中渗透，使得在相转化过程完成后分离层与支撑层的结合力更好。涂覆装置为水平恒温槽，其中放满涂覆液，涂覆液为二甲基乙酰胺(DMAc)，二甲基甲酰胺(DMF)或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)，或者甲醇、乙醇等醇类溶剂，或者其中的两种或多种混合溶液，涂覆液温度为10℃-100℃，涂覆液溶剂浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度中空纤维膜，包括支撑层和分离层，其特征在于，所述的支撑层是通过热致相分离方法制备得到，所述的分离层是通过在支撑层上通过浸没沉淀相转化方法制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种高强度中空纤维膜，包括支撑层和分离层，其特征在于，所述的支撑层是通过热致相分离方法制备得到，所述的分离层是通过在支撑层上通过浸没沉淀相转化方法制备得到。2.根据权利要求1所述的高强度中空纤维膜，其特征在于，在一个实施方式中，所述的支撑层和分离层的材质分别独立地选自PS、PP、PES、PVDF、PAN、PVC、ECTFE中的一种。3.一种高强度中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，通过热致相分离的方法制备得到中空纤维基膜；第2步，在所述的中空纤维基膜的表面通过浸没沉淀相转化方法得到分离层。4.根据权利要求1所述的高强度中空纤维膜的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，在第1步得到中空纤维基膜后，在膜的表面涂覆溶剂后，再进入第2步；涂覆溶剂采用的是醇类溶剂、酮类溶剂、胺类溶剂中的一种或几种的混合；第1步热致相分离法制备聚合物基膜所选成膜体系中包括按照重量百分比计的如下组分：聚合物30%-50%，稀释剂30%-50%，添加剂1%-40%。5.根据权利要求1所述的高强度中空纤维膜的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，聚合物是PS、PP、PES、PVDF、PAN、PVC、ECTFE中的一种；在一个实施方式中，稀释剂是酯类、醇类或者酮类溶剂中的一种或几种的混合。6.一种高强度中空纤维膜的制备装置，其特征在于，包括：铸膜液挤出装置（2），用于挤出热...

【专利技术属性】
技术研发人员：程杨明，周杰，汪朝晖，崔朝亮，
申请(专利权)人：南京膜材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32