闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜及其制备方法，所述管式超滤膜包括超滤功能层、过渡层和支撑层，所述超滤功能层通过闪蒸纺丝法纺制在管芯上，所述过渡层通过闪蒸纺丝法纺制在超滤功能层外表面，所述支撑层采用熔喷法纺制在过渡层外表面，再经热定型脱除管芯而制得；所述管式超滤膜从内表面到外表面孔径不断增大，具有梯度孔结构。本发明专利技术的管式超滤膜功能层和过渡层由闪蒸纺丝法制得，闪蒸纺丝法纺制的功能层孔径均一、截留率高；纺制的过渡层具有梯度孔结构，孔隙率大、水通量高。本发明专利技术制备的管式超滤膜易于反向冲洗，避免膜污染问题；工艺条件简单，是一种全新的管式超滤膜及其制备方法。式超滤膜及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水处理分离膜制备
，尤其涉及一种闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着各国工业的高速发展，水资源的污染日益严重，全球淡水资源匮乏，尤其是日用水资源的紧缺以及健康问题越来越严重，由此，对水资源的净化处理就越来越重要。膜分离技术是利用外界的能量差、压力差或电位差为推动力，通过膜的孔径选择实现对混合物质的分离、分级、提纯和富集。因具有操作简单、能耗低、分离效率高等优点，在医疗卫生、工业废水处理、饮用水纯化等领域具有广泛的应用。
[0003]超滤膜是一种介于微滤、纳滤之间重要的膜分离技术，其以较小的压力为推动力，利用膜表面的孔结构实现对细菌、胶体、蛋白质以及大分子的分离，截留的分子量大于500g/mol，孔径大小为0.002～0.1μm。根据在使用过程中对象不同、运行条件的不同，超滤膜可以分为管式膜、平板膜和中空纤维膜。相比于中空纤维膜，管式膜的直径一般是5～30mm，而中空纤维膜的直径一般小于5mm，管式膜相比中空纤维膜具有更大的操作压力和更大的通量。管式膜一般采用涂覆方式制备过滤功能层，但是制得的过滤功能层孔径比较致密，容易导致膜孔堵塞，造成膜污染。
[0004]闪蒸纺丝是通过高压使溶液气化，在喷丝头处材料固化成丝，是制备超细纤维的一种有效方法。但至今还未见以该法纺制超滤管式膜的报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种采用闪蒸纺丝技术制备具有梯度孔结构超滤管式膜，该管式超滤膜功能层薄、截留率高，而且梯度孔结构利于反洗，防止浓差极化，具有良好的抗污染能力。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜，所述管式超滤膜包括超滤功能层、过渡层和支撑层，所述超滤功能层通过闪蒸纺丝法纺制在管芯上，所述过渡层通过闪蒸纺丝法纺制在超滤功能层外表面，所述支撑层采用熔喷法纺制在过渡层外表面，再经热定型脱除管芯而制得；所述管式超滤膜从内表面到外表面孔径不断增大，具有梯度孔结构。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供一种闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜的制备方法，该方法制备的管式超滤膜截留率高、通量大，其超滤功能层纤维直径小，孔径易于控制，截留率大；过渡层孔径大，通量高且具有较高的强度。
[0008]本专利技术的一种闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜的制备方法，包括以下步骤：S1配置超滤功能层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在高压釜中混合搅拌并溶解；S2配置过渡层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在
高压釜中混合搅拌并溶解；S3超滤功能层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述超滤功能层纺丝液纺制在管芯上；S4 过渡层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述过渡层纺丝液纺制在所述超滤功能层外表面上；S5 支撑层的制备：采用熔喷方式将热塑性树脂熔体纺制在所述过渡层外表面；S6 管式超滤膜的制备：将所述超滤功能层、过渡层和支撑层热定型脱除管芯而制得。
[0009]根据本专利技术，步骤S1或步骤S2中所述高分子材料为聚偏氟乙烯（PVDF），乙烯
‑
四氟乙烯共聚物（ETFE）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
[0010]根据本专利技术，步骤S1或步骤S2中所述溶剂为二氯甲烷、氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯氟甲烷、甲苯和苯中的一种。
[0011]根据本专利技术，步骤S1或步骤S2中所述助溶剂为叔丁基醇、甲醇、乙醇、乙二醇、氯丁烷、环戊烯和环丁烯中的一种。
[0012]根据本专利技术，步骤S1中所述功能材料为MOF、ZIF、石墨烯、Mxene、纳米纤维素、纳米纤维素微晶、氮化碳和氮化硼中的一种。
[0013]根据本专利技术，步骤S1中所述超滤功能层的配方为高分子材料为10～30份，溶剂为60～100份，助溶剂为3～10份，功能材料为3～10份。
[0014]根据本专利技术，步骤S2中所述功能材料为聚乙二醇（PEG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、二氧化钛和二氧化硅中的一种或者几种的混合物。
[0015]进一步地，所述聚乙二醇的分子量为1000～6000g/mol。
[0016]根据本专利技术，步骤S2中所述过渡层的配方为高分子材料为3～25份，溶剂为70～100份，助溶剂为2～8份，功能材料为1～15份。
[0017]根据本专利技术，步骤S3中所述管芯为不锈钢管或者陶瓷管。
[0018]优选地，所述管芯为不锈钢管。
[0019]根据本专利技术，步骤S3或步骤S4中所述闪蒸纺丝的压力为3～20MPa，纺丝温度为100～200℃，纺丝湿度20～50%。
[0020]根据本专利技术，在步骤S2中，配制不同质量浓度的所述过渡层纺丝液，采用步骤S4中闪蒸纺丝法将所述过渡层纺丝液按照质量浓度由低到高的顺序逐层纺制出所述过渡层。
[0021]优选地，所述过渡层为1～4层。
[0022]更优选地，所述过渡层为2～3层。
[0023]根据本专利技术，步骤S5中所述热塑性树脂为聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、聚酰胺和聚乙烯中的一种。
[0024]根据本专利技术，步骤S5中所述熔融温度为170～250℃。
[0025]根据本专利技术，步骤S5中所述熔喷温度为170～250℃。
[0026]根据本专利技术，步骤S6中所述热定型温度为120～180℃。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：1）本专利技术制备具有梯度孔结构管式超滤膜，管式膜自超滤功能层到支撑层孔径逐渐变大，超滤功能层的孔径范围为0.002～0.1μm纤维直径为0.01～1μm，梯度孔结构有利于膜的反向冲洗，抗污染能力强，可以长时间保持较高的通量；
2）本专利技术采用闪蒸纺丝技术，可以使功能材料均匀附着在纤维表面，防止功能材料的团聚，所制备的超滤功能层为超细纤维，孔径大小可以均匀控制，表层修饰的功能层具有较高的截留率；3）本专利技术具有梯度孔结构的管式超滤膜通过逐层纺制而得，控制闪蒸纺丝的条件可以制备不同孔径范围以及纤维直径的膜，孔径大小易于控制，功能层孔径小截留率高，支撑层孔隙率大，水通量高；4）本专利技术的一种具有梯度孔结构的管式超滤膜，工艺过程简单，工艺条件易于控制，闪蒸纺丝可以制备超细纤维，是一种全新的制备管式超滤膜的方法。
具体实施方式
[0028]一种闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜的制备方法，包括以下步骤：S1配置超滤功能层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在高压釜中混合搅拌并溶解；S2配置过渡层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在高压釜中混合搅拌并溶解；S3超滤功能层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述超滤功能层纺丝液纺制在管芯上；S4 过渡层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述过渡层纺丝液纺制在所述超滤功能层外表面；S5 支撑层的制备：采用熔喷方式将热塑性树脂熔体纺制在所述过渡层外表面；S6 管式超滤膜的制备：将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜，其特征在于，所述管式超滤膜包括超滤功能层、过渡层和支撑层，所述超滤功能层通过闪蒸纺丝法纺制在管芯上，所述过渡层通过闪蒸纺丝法纺制在超滤功能层外表面，所述支撑层采用熔喷法纺制在过渡层外表面，再经热定型脱除管芯而制得；所述管式超滤膜从内表面到外表面孔径不断增大，具有梯度孔结构。2.一种如权利要求1所述的闪蒸纺丝梯度孔结构管式超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1配置超滤功能层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在高压釜中混合搅拌并溶解；S2配置过渡层纺丝液：在30～200℃下，将高分子材料、溶剂、助溶剂、功能材料在高压釜中混合搅拌并溶解；S3超滤功能层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述超滤功能层纺丝液纺制在管芯上；S4 过渡层的制备：采用闪蒸纺丝法将所述过渡层纺丝液纺制在所述超滤功能层外表面上；S5 支撑层的制备：采用熔喷方式将热塑性树脂熔体纺制在所述过渡层外表面；S6 管式超滤膜的制备：将所述超滤功能层、过渡层和支撑层热定型脱除管芯而制得。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1或步骤S2中所述高分子材料为聚偏氟乙烯，乙烯
‑
四氟乙烯共聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯；步骤S1或步骤S2中所述溶剂为二氯甲烷、氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯氟甲烷、甲苯和苯中的一种；步骤S1或步骤S2中所述助溶剂为叔丁基醇、甲醇、乙醇、乙二醇、氯丁烷、环戊烯和环丁烯中的一种；步骤S1中所述功能材料为MOF...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁跃，张华，杨成伟，
申请(专利权)人：盐城海普润科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：