双层复合中空纤维纳滤膜及其制备方法和专用工具技术

本发明专利技术公开了一种双层复合中空纤维纳滤膜及其制备方法和专用工具，该纳滤膜包括选择性分离外皮层和机械支撑内层；选择性分离外皮层上有膜孔，膜孔孔径为０．５～２纳米；选择性分离外皮层厚度为１０～１００００纳米；机械支撑内层厚度为１～３毫米；双层复合中空纤维纳滤膜的选择性分离外皮层和机械支撑内层分别由选择性分离外皮层高聚物和机械支撑内层高聚物溶于溶剂中。本发明专利技术能将活性分离皮层控制到１０～１００纳米，大大减少所使用的外分离皮层材料，制膜的成本大大降低。通过对料液组成、纺丝条件、凝固浴以及后处理工序的控制可以有效控制成膜的内外径、膜的有效孔径、孔隙率以及孔径分布，得到亲水性好、抗污染、水通量大的高效分离膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膜分离
，涉及一种双层复合中空纤维纳滤膜及其制备方法和专用工具。
技术介绍
纳滤(NF)膜最早出现于20世纪70代末.是介于超滤(UF)膜和反渗透(RO)膜之间的压力驱 动膜，曾被称为低压反渗透膜、疏松反渗透膜等。纳滤膜是近年来国际上发展较快的新型膜 分离技术，在应用中具有两个显著特点(I)物理截留或筛分效果一能截留相对分子质量IOO 一2000，分子大小约为l nm的溶解组分；(2)荷电性一对无机盐有一定的截留率，其中对单 价离子的截留率较低(10%-40%)，对二价及多价离子的截留率则较高。纳滤膜技术的独特 性能使得它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位，它的出现不仅完善了膜分离过程， 而且正在逐渐替代某些传统的分离方法。纳滤膜最大的应用领域是对小分子有机物等与水、无机盐进行分离来软化饮用水和脱除 有机物，另外在工业下游产品脱盐与浓縮方面，它正在取代传统的离心分离、真空蒸馏、加 热蒸发等工艺，它也被用于废(污)水处理再生。纳滤的应用还涉及制药、染料、石化、造 纸、纺织等众多产业。在医药生产中纳滤技术不仅可提供医用纯水，进行高效浓縮操作，而 且为节约资源流失和清洁生产提供了可能。纳滤也为染料脱盐与浓縮提供了新的生产工艺。 此外纳滤在氨基酸浓縮、有机酸提纯、植物活性物质提取和浓縮等方面也已获得了广泛应用 。国内8英寸粗的纳滤膜组件的销售近年来突破一万只以上，市场规模上亿元人民币。虽然纳滤膜的市场如此之大，而且每年需求量随着在更多产业中的开发应用增幅非常的 惊人，但是纳滤膜的主要生产和供应还是被国外公司所垄断，如日本日东电工(Nitto Denko)集团，东丽(Toray)公司，美国的海德能(Hydranautics， 1987年成为日本日东工集 团的全资子公司)，Filmtec (于1985年成为美国Dow Chemcal (陶氏化学)公司的全资子 公司)，Fluid system (现为美国KOCH公司的子公司)，Desel (现为美国Osmonics公司的 子公司)，Tris印等公司。我国从20世纪80年代后期开始了纳滤膜的研究，研究单位主要有 中科院大连化物所、国家海洋局杭州水处理中心、北京生态环化中心、上海原子核所、天津 工业大学、浙江大学、复旦大学、北京化工大学等，但是，大多数还处于实验室阶段。5纳滤膜的传统制备技术和反渗透膜的制备类似，主要有相转化法，和复合法等。相转化 法是制备纳滤膜的较为简单的方法，但是需要对膜材料进行改性，并且采用此法制备复合纳 滤膜工艺较困难，同时相转化法制备的膜不具有优越的高渗透通量，因此较难改进其制膜工 艺中国专利00125306.9公开了一种以磺化聚醚砜为原料采用相转化法制取纳滤膜的方法， 该膜在O. 3-0. 7MPa下，水通量仅为13-150 L/(m2 . h)。复合法制备纳滤膜是以超滤膜作为基膜采用界面涂敷法(中国专利200510014733. l公开 了以聚砜或者聚偏氟乙烯超滤膜为基膜，表面浸涂聚丙烯酸氨基酯类聚合物水溶液，然后通 过e射线辐照交联制备复合纳滤膜的方法)、界面聚合法(中国专利200710172172.7公开了 利用多孔支撑膜上通过多元醇与多元酰氯界面聚合芳香聚酯功能皮层制备聚酯复合纳滤膜的 方法；中国专利200410098783.8公开了一种由聚酰胺大分子与多元酸、多元异氰酸酯和元酰 氯在多孔支撑体上界面聚合制备纳滤膜的技术)、化学改性法(中国专利200510111540.8公 开了一种通过辐照共聚接枝将超滤膜制成纳滤膜的技术；中国专利200410053257.X公开了一 种采用表面接枝，主要是通过低温等离子体辐照、紫外辐照和高能射线辐照等方法制备纳滤 膜的方法)等，复合法是目前应用最广、也是最有效的制备纳滤膜的方法，其优点是可以分 别选取不同的材料制取基膜和复合层，使其性能(如选择性、渗透性、化学和热稳定性)达到 最优化。但是，复合膜制造的技术难点在于要在宽1.0-1.6米、长几百米的商品膜生产中， 形成表面均匀厚度为10 — 100纳米、不允许有针孔缺陷的平板复合膜。涂层厚会降低膜通量 ，而涂层薄会形成局部缺陷影响分离性能。中空纤维膜，作为一种自我支撑的细空心管式膜，制成膜组件时，膜的堆积密度大 ，单位体积内的有效膜面积比率高(10000 — 30000 m2/m3)，制成组件简便、造价低，通过 流体的合理分布可以有效降低浓差极化的影响。
技术实现思路
纳滤膜的性能和膜的材质及制备工艺密切相关，要得到结构和性能满足特定分离要求的 纳滤膜，膜材料和制备技术的选择是关键。当复合膜的功能层材料(如芳香聚酰胺、聚哌嗪 酰胺、芳脂混合聚酰胺、聚苯丙咪唑、磺化聚砜、磺化聚醚砜等)主链中含有苯环、杂环等 刚性较好的化学基团时，膜的抗压密性和耐热性较好；基膜的强度决定复合纳滤膜使用过程 中能耐受的机械强度，所以高强度基膜(如聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯等)将会是 首选。复合纳滤膜超薄功能皮层的结构直接影响膜的分离性能，如采用一定的方法控制功能层网络的交联程度，提高膜表面电荷密度，可改善纳滤膜的选择性，提高其化学稳定性和耐 污染性等。另外，复合纳滤膜超薄功能层的有效孔径和孔径分布也是决定膜分离性能的关键 参数。通过调节料液组成、纺丝条件的控制、凝固液的设置以及后处理工序可以有效控制成 膜的内外径、膜的有效孔径、孔隙率以及孔径分布，得到亲水性好、抗污染、水通量大的高 效分离膜。本专利技术的第一个目的是提供一种分离、抗压、抗污染、化学和热稳定性好的双层复合中 空纤维纳滤膜。实现第一个目的的技术方案是 一种双层复合中空纤维纳滤膜，包括选择性分离外皮层 和机械支撑内层；选择性分离外皮层上有膜孔，膜孔孔径为O. 5 2纳米；选择性分离外皮层厚度为10 10000纳米；机械支撑内层厚度为1 3毫米；双层复合中空纤维纳滤膜的选择性分离外皮层和机械支撑内层分别由选择性分离外皮层高聚物和机械支撑内层高聚物溶于溶剂 中。本方案中所述溶剂为N， N'-二甲基甲酰胺(DMF) 、 N， N'-二甲基乙酰胺(DMAc) 、 二 甲基吡咯烷酮(NMP) 、 二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)中的一种。所述选择性分离外皮层高聚物为聚苯并咪唑(PBI)、磺化聚醚砜(SPES)、磺化聚砜 (SPSF)中的一种，溶于权利要求2的溶剂中；二者质量百分比为15 25%: 75 85%。所述机械支撑内层高聚物为质量百分比10 20%的高聚物、质量百分比为2 10%的两亲 性聚合物和质量百分比为2 10%的孔径调节剂的混合物溶于质量百分比为60 86%的权利要 求2的溶剂中；其中高聚物为聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯( PVC)中的一种；两亲性聚合物为苯乙烯-乙烯醇共聚物(PSE)、苯乙烯-丙烯酸共聚物( PSA)、苯乙烯-乙烯吡咯烷酮共聚物(PSP)中的一种；孔径调节剂为聚乙二醇(PEG)、聚 乙烯吡咯烷酮http:〃www. tx21. com. cn/test/suliao/200809/81158. html (PVP) 、 二甘醇(DG) 中的一种。本专利技术的第二个目的是提供一种专用的制备双层复合中空纤维纳滤膜的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层复合中空纤维纳滤膜，其特征在于：包括选择性分离外皮层和机械支撑内层；选择性分离外皮层上有膜孔，膜孔孔径为０．５～２纳米；选择性分离外皮层厚度为１０～１００００纳米；机械支撑内层厚度为１～３毫米；双层复合中空纤维纳滤膜的选择性分离外皮层和机械支撑内层分别由选择性分离外皮层高聚物和机械支撑内层高聚物溶于溶剂中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨乾，李屹，王开宇，肖有昌，
申请(专利权)人：杨乾，王开宇，李屹，肖有昌，
类型：发明
国别省市：32[]