【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜材料，更具体的说是涉及一种聚砜类中空纤维超滤膜及其制备方法与应用。
技术介绍
1、超纯水(ultrapure water)又称高纯水，是指将水中的导电介质几乎全部去除，又将水中不离解的胶体物质、气体和有机物均去除至很低程度的水。超纯水的含盐量在0.1mg/l以下，电导率小于0.1μs/cm。超纯水主要应用领域有①电子、电力、电镀、照明电器、实验室、食品、造纸、日化、建材、造漆、蓄电池、化验、生物、制药、石油、化工、钢铁、玻璃等领域；②化工工艺用水、化学药剂、化妆品等用纯水；③单晶硅、半导体晶片切割制造、半导体芯片、半导体封装、引线柜架、集成电路、液晶显示器、导电玻璃、显像管、线路板、光通信、电脑元件、电容器洁净产品及各种元器件等生产工艺用纯水；④高压变电器的清洗等。由于超纯水的应用十分广泛，因此，如何高效率的获得高性能的超纯水一直备受研发人员的关注。
2、在制备超纯水工艺时，主要分为三步：预处理、脱盐和精处理三步；例如申请号为cn202180044389.8的中国专利(由奥加诺株式会社申请)“超纯水制造装置”就较为详细的介绍了制备超纯水的各个步骤，其中很关键的一步就是通过超滤膜去除水中残留的各种微小杂质(这些微小杂质会对后续超纯水的实际应用产生不良的影响)，其杂质的粒径一般只有几十乃至十几纳米，去除较为困难，要求截留效率达到95％以上，这就对了超滤膜提出很高的挑战，目前市面上的普通滤膜截留效率仅仅达到90％(因为在做膜过程，很容易出现细小缺陷，此时这些缺陷会对膜高截留效率产生较大的影响)；与此同时如果
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种聚砜类中空纤维超滤膜及其制备方法与应用，该超滤膜具有理想的膜结构，其内表面和外表面均具有合适的膜孔大小以及整体具有较高的孔隙率，并且具有至少3个能够截留水中微小杂质的区域，从而保证该膜对水中各种纳米级杂质均具有高截留效率，同时还具有高通量，特别适合应用超纯水的终端过滤。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种聚砜类中空纤维超滤膜，包括主体，所述主体的一侧为朝向内腔的内表面，所述主体的另一侧为外表面，在从外表面朝向内表面的方向上，所述主体依次包括外表皮层、外空隙层、第一中间层、内空隙层和内表皮层；所述外表皮层的一侧为外表面；所述内表皮层的一侧为内表面；其中所述外表皮层、所述第一中间层和所述内表皮层均具有曲折通路，均为用于截留杂质颗粒的区域，其各层厚度均不低于1μm；所述外空隙层和所述内空隙层均具有指状孔结构；所述外表面的sem平均孔径不大于60nm；所述内表面的sem平均孔径为20-250nm；且所述内表面的sem平均孔径大于所述外表面的sem平均孔径；所述滤膜的整体孔隙率不低于50％。
3、在超纯水终端过滤时，滤膜的一个关键指标就是截留效率，其对杂质的截留效率要求大于95％(此时截留效率大于90％，已无法满足需求)，即要确保超纯水中尽可能没有任何杂质颗粒，因为即使存在少量的杂质颗粒，都会大大影响超纯水的各项应用；
4、而在做膜过程中必然会存在或大或小的缺陷，即使很小的缺陷(肉眼已无法观测)也会对膜的截留效率造成影响，那么就容易对超纯水的制备造成影响(即经过超滤后，此时超纯水还会存在少量的杂质颗粒)；本专利技术中通过至少存在3层能够截留杂质的区域，即外表皮层、第一中间层和内表皮层这些区域；这些区域其内部均具有非定向曲折通路(该非定向曲折通路是指无规取向的沟槽结构和/或离散分布的孔洞结构，且各非定向曲折通路相互贯通)，且每个区域均具有一定的厚度(厚度均不低于1μm)，从而保证了各个区域都能对纳米级别的微小杂质颗粒进行截留，即进行多段的截留作用，那么就使得即使膜存在细小缺陷时，依然能够保证高效稳定的充分截留，即制得的超纯水具有超高的洁净度；即使在截留层总厚度相同的情况下，3层区域的截留效率也大于单层的截留效率；因为在做膜过程中，很容易产生缺陷，如果是单层截留层，那么缺陷的产生必然会对截留效果产生一定影响，特别是在需要如此高的截留效率时；而3层区域的截留效率基本不会受到细小缺陷的影响，因此该膜特别适合超纯水的终端过滤；
5、本专利技术中滤膜的内外表面上均存在一定数量的孔洞，这些孔洞用于截留各种微小杂质且便于流体通过；经过研究，滤膜外表面上膜孔孔径很小(且比内表面的孔洞孔径要小)，其sem平均孔径不大于60nm，膜孔孔径很小，确保对杂质的充分截留，即外表皮层是截留杂质的最关键区域，杂质基本都在外表皮层被截留；而由于杂质基本被截留在外表皮层内，那么在超滤过程，流体会将杂质颗粒带走；这样就不会造成杂质在外表皮层内大量堆积，从而导致滤膜通量的快速降低，即该滤膜能够长时间具有较高通量，从而具有较长的使用寿命；同时外表面膜孔较小，也有利于产品在实际使用前的各种清洗，确保该膜丝自身内部基本没有任何杂质(toc和金属离子含量均很少，不会对超纯水造成污染)；更进一步的，膜丝内表面的sem平均孔径大于外表面的sem平均孔径(即内表面上膜孔稍大)，这样有利于提高膜丝的通量，但不能过大，经过研究，内表面的sem平均孔径为20-250nm，因为在这样的孔径下，一方面能够起到进一步截留杂质颗粒的作用，同时还能减少toc溶出(即在过滤过程中，膜内部自身有少量的toc溶出，内表面也能对这些物质起到截留作用，进一步确保膜丝的低溶出)；在现有技术如果内外表面的膜孔孔径较小时，很容易导致膜整体的孔隙率偏低，继而导致膜整体通量过低，依然无法满足实际应用的需求；本专利技术中外空隙层和内空隙层均具有指状孔结构，指状孔结构的存在大大提高了膜整体的孔隙率，本专利技术膜丝的整体孔隙率不低于50％，从而保证膜丝具有较高的通量，能较快的过滤超纯水，确保在较短时间内制备出高洁净度的超纯水。
6、综上，本专利技术中通过至少3层具有截留微小杂质的区域，和其内表面和外表面均具有合适的膜孔大小以及整体具有较高的孔隙率共同作用下，从而保证该膜对水中各种纳米级杂质具有高截留效率，同时还具有高通量，特别适合应用超纯水的终端过滤。
7、此外，本专利技术的超滤膜为一体成型，一体成型是指膜丝整体结构均是由同种材料制成，并在膜制备过程中是直接形成的；在从膜厚度方向的过渡中，只在膜结构方面有一变化，为不对称膜；与此相反的是例如复合膜，复合膜有多层结构，它是用一分开的过程步骤将作为截留层的致密层涂加在一多孔层或多孔膜上，经常是微孔的支撑层或支撑膜上，复合膜中构成支撑层和截留层的材料也往往是不同的；一体成型的多孔膜相较于复合膜会具有更高的机械强度，几乎不存在分层的风险。
8、本专利技术中滤膜外表面的sem平均孔径和内表面的sem平均孔径以及后续内外表面的孔洞面积率等特征均可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如matlab、nis-elements等)或手工进行测量，并进行相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚砜类中空纤维超滤膜，包括主体，所述主体的一侧为朝向内腔的内表面，所述主体的另一侧为外表面，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表面的SEM平均孔径为1-50nm，孔洞面积率为0.1％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述主体还包括中间空隙层和第二中间层，所述中间空隙层位于所述第一中间层背离外空隙层的一侧；所述第二中间层位于中间空隙层和内空隙层之间；所述第二中间层具有曲折通路，为用于截留杂质颗粒的区域；
5.根据权利要求4所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表皮层的厚度为2-12μm；所述内表皮层的厚度为1.5-10μm。
8.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表皮层包括外
9.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述内表皮层包括内致密区和内多孔区，所述内致密区包括内表面，所述内多孔区位于内致密区和内空隙层之间；
10.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
11.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
12.根据权利要求11所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
13.根据权利要求11所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
14.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
15.根据权利要求1-14任意一项所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
16.根据权利要求15所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂和所述第二有机溶剂均为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、N-乙基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；
17.根据权利要求15所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜的制备方法，其特征在于，所述铸膜液的温度为35-45℃，所述芯液温度为20-30℃；所述凝胶浴的温度为25-65℃。
18.根据权利要求15所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜的制备方法，其特征在于，纺丝时所述模头拉伸比为2-5，收卷速度为5-20m/min。
19.根据权利要求1-14任意一项所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜的应用，其特征在于，所述超滤膜用于制备超纯水的终端过滤。
...【技术特征摘要】
1.一种聚砜类中空纤维超滤膜，包括主体，所述主体的一侧为朝向内腔的内表面，所述主体的另一侧为外表面，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表面的sem平均孔径为1-50nm，孔洞面积率为0.1％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述主体还包括中间空隙层和第二中间层，所述中间空隙层位于所述第一中间层背离外空隙层的一侧；所述第二中间层位于中间空隙层和内空隙层之间；所述第二中间层具有曲折通路，为用于截留杂质颗粒的区域；
5.根据权利要求4所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表皮层的厚度为2-12μm；所述内表皮层的厚度为1.5-10μm。
8.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述外表皮层包括外致密区和外多孔区，所述外致密区包括外表面，所述外多孔区位于外致密区和外空隙层之间；
9.根据权利要求1所述的一种聚砜类中空纤维超滤膜，其特征在于，所述内表皮层包括内致密区和内多孔区，所述内致密区包括内表面，所述内多孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾建东，黄盛，
申请(专利权)人：杭州科百特半导体分离膜有限公司，
类型：发明
国别省市：
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