一种高渗透通量管式多孔膜的制备方法技术

一种高渗透通量管式多孔膜的制备方法。其特征在于：将一定量的添加剂Ａ、溶剂Ｓ、聚合物Ｐ与磁性材料Ｍ混合，通过不断振荡（或搅拌或超声波作用）在一定温度下配成均匀的悬浮溶液，所得的悬浮溶液中含２～１８ｗｔ％的添加剂、含６～６０ｗｔ％的聚合物与磁性材料，且聚合物与磁性材料的质量比为４０～９９ｗｔ％：，脱泡，采用干湿纺丝法纺制毛细管膜或采用干湿相转化法在多孔支撑管上涂膜，在成膜的蒸发与凝胶过程中使用１００～１８０００高斯的正交磁场作用。通过该方法所制备的管式多孔膜的渗透通量高。膜可以直接使用，亦可以作为其它复合膜的多孔支撑材料使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管式多孔膜的制备方法，所制备的多孔膜可以直接使用，亦可以作为其它复合膜的多孔支撑材料使用。属于膜分离

技术介绍
多孔膜(包括微滤膜和超滤膜)可以广泛用于石化、医疗、制药、电子、食品、环保等各工业领域，在整个膜工业市场中占有近60％的份额。微滤膜2005年的销售额已达到7.92亿美元，今后5年将以年均9.4％的速度增长。超滤膜2005年在美国市场的销售额为5.79亿美元，2006年为6.35亿美元，预计到2011年将达到9.08亿美元，超滤膜将以年均7.4％的速度增长。膜渗透通量的高低是决定多孔膜装置价格与运行成本的关键因素。在一些污染较重(食品、环保、制药等)的行业，多孔膜运行的渗透通量仅有初始通量的十到几十分之一，其设备投资与运行成本很高，使其在这些行业中推广应用受到了限制，缺乏竞争力；此外，多孔膜也是制备复合膜(如气体分离、渗透蒸发、反渗透等膜)的重要支撑材料，多孔膜渗透通量的大小对复合膜的阻力大小影响较大，高渗透通量的基膜能有效降低其能耗。有文献报道在有机膜中添加无机矿物质可以提高膜的渗透通量，如采用聚合物与亲水性的无机氧化物SiO2共混制膜可以得到较高渗透通量的多孔膜(JP60153903)。很多文献报道了在有机膜中添加无机填料的优点能抑制了大孔的生成，能增强膜的机械强度和延长膜的使用寿命；并且，由于孔隙间的相互连接的增强，膜的渗透性得到有效提高而截留性能基本保持不变。有机/无机超滤膜的研究已取得了一些成果。李先锋等通过在聚醚砜中引入活性炭粉和无定型二氧化硅粒子，以N，N一二甲基甲酰胺为溶剂，以水为凝固浴，利用相转化湿法成膜机理，制得了一系列不同粒子含量的聚醚砜超滤平板膜，结果发现二氧化硅的加入，改变了铸膜液的浊点组成；产生了大量的界面空隙，即界面孔；增加了膜孔的贯通性，提高了膜的亲水性；使膜的通量大大提高，并且保持了很好的截留率；而且活性炭粉填充聚醚砜超滤膜的综合性能远远低于二氧化硅填充的聚醚砜超滤膜。姜云鹏等发现在PVA膜中添加二氧化硅后膜的玻璃化转变温度和力学性能都有明显的提高，膜过滤含油废水时有良好的抗污染性和稳定性。Bottino等发现在稀的PVDF溶液添加二氧化硅后，膜的渗透性能随着二氧化硅含量增加增高，截留性能则降低；而在浓的PVDF溶液添加二氧化硅后，膜的渗透性能随着二氧化硅含量增加没有明显变化；添加二氧化硅后，膜液的粘度增高，在无纺布上刮膜不仅容易，而且膜的机械强度高，渗透通量和截留率也较好。Doyen等利用截留分子量相近的管式聚砜、氧化锆和氧化锆-聚砜超滤膜进行乳清蛋白回收利用的超滤实验发现有机/无机膜的纯水渗透通量最高，聚合物膜的最低；有机/无机膜的皮层厚度较小，无机微粒存在皮层附近，表皮层的孔隙率高；在过滤实验中，聚砜、氧化锆膜有相同的渗透因子50L/h.m2.bar，相反，有机/无机膜的渗透因子几乎是有机膜的三倍，达135L/h.m2.bar，这归于膜表面孔隙率的差别。Genne等发现有机/无机膜的渗透通量随着无机物含量的增加而增加，但显微照片观察不到膜表面孔径和孔隙率的变化，渗透通量的变化是无机填料的存在破坏正常相变行为的结果；当填料的含量达到40wt％以上时，无机填料的阻碍作用使得膜的表皮层的孔密度增大，继续增大填料量时，会影响表皮层的形成，强化多孔支撑层间的连接。Aerts等首次研究了有机/无机超滤膜的成膜机理，发现在添加少量(1vol.％以下)的无机填料时，填料会增大膜的脱混速率，继续增大填料的含量时，膜液的粘度增加，凝胶浴中的沉淀剂扩散进入膜液中的速率和膜的形成速率均会降低；无机的添加量在2vol.％以下时，随着无机的添加量，皮层的孔密度增加，孔径符合正态分布，膜的渗透通量显著增大。进一步增大无机填料量时，孔径变为双极分布；当添加量达到3vol.％以上时，膜的渗透性能降低，皮层的孔密度更高。最近有文献报道在聚砜中添加Fe3O4制备超滤膜，在过滤过程使用磁场作用下，所制膜的纯水渗透通量没有变化，但是膜的截留率随着磁场强度的增加而降低。文献报道在PAN添加少量Fe3O4(Fe3O4与PAN的质量比低于31∶69)时，在有、无正交磁场(3800高斯)下所制备的超滤膜的纯水渗透通量没有明显差异，磁场作用下所制膜的纯水渗透通量随Fe3O4含量的变化呈现不规则变化，有的磁化膜的纯水渗透通量比非磁化膜要低；但在磁场作用下所制备的超滤膜过滤猪血水溶液时，磁化膜的绝对渗透通量和相对渗透通量要高于非磁化膜。文献研究了在PAN添加少量Fe3O4(Fe3O4与PAN的质量比低于24∶76)的情况，研究发现在1500高斯的正交磁场作用下，Fe3O4微粒的取向与磁场的作用方向一致，磁场作用使得膜的多孔支撑体的指状孔由垂直排列变为倾斜排列，同时给出了Fe3O4的含量变化对膜渗透通量的影响膜的纯水渗透通量随Fe3O4的含量变化是非线型关系。膜的构型通常有平板式和管式两种，其中管式膜根据管径的不同又可以区分为管状膜(＞10mm)、毛细管膜(0.5～10mm)和中空纤维膜(＜0.5mm)三种。在膜液中添加磁性物质时，研究正交磁场作用对管式膜渗透性能的影响尚未见文献报道。本专利技术给出在膜液中添加一定量的磁性物质时，如果在管式膜的制备过程中使用正交磁场的作用，膜的渗透通量能够能显著提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。通过在制膜液添加一定含量的磁性物质，在成膜过程中使用正交磁场作用来制备高渗透通量的管式多孔膜。本专利技术的技术方案是，其特征在于①、用聚合物、磁性材料、添加剂和溶剂配制膜液；磁性材料与聚合物两者在膜液中总质量中的含量为6～60％，磁性材料与磁性材料+聚合物的质量比为40～99wt％；添加剂在膜液总质量中的含量为2～18％；②、在制膜的蒸发与凝胶过程中施加正交磁场，磁场强度为100～18000高斯。如上所述的高渗透通量管式多孔膜的制备方法，其特征在于所述的管式膜包括管状膜(管外径＞10mm)和毛细管膜(管外径0.5～10mm)；所述的多孔膜包括微滤膜和超滤膜；所述的聚合物选自聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚砜酰胺、尼龙6、尼龙66、芳香聚酰胺、聚丙烯腈、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚三氟乙烯中的一种或几种；所述的磁性材料选自四氧化三铁、三氧化二铁、氧化镍、氧化钴、磁性碳纳米管、磁性碳化硅、有机磁性材料中的一种或几种；添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、硝酸锂、氯化锂、硝酸钾、氯化钾、丙三醇、丙酮、甲酸中的一种或两种混合物；溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。如上所述的高渗透通量管式多孔膜的制备方法，其特征在于采用以下步骤制备管状多孔膜(1)取一定量的添加剂、溶剂、聚合物与磁性材料放入料釜中，通过不断振荡(或搅拌或超声波作用)在30～70℃的条件下配成均匀的悬浮溶液后，脱泡；(2)然后在多孔管的内壁或外壁上按一般管状膜的涂膜方法涂膜，多孔管的孔径2～200μm，管材可以为无机氧化物、有机物或金属；将涂有膜液的多孔管放入磁场强度为100～18000高斯正交磁场作用装置中，在空气中蒸发10～600秒，然后将多孔管与磁场作用装置一起放入凝胶液进行凝胶10～60分钟后，取出多孔管放入蒸馏水中浸泡0.5～24小时。如上所述的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高渗透通量管式多孔膜的制备方法，其特征在于：①、用聚合物、磁性材料、添加剂和溶剂配制膜液；磁性材料与聚合物两者在膜液中总质量中的含量为６～６０％，磁性材料与磁性材料＋聚合物的质量比为４０～９９ｗｔ％；添加剂在膜液 总质量中的含量为２～１８％；②、在制膜的蒸发与凝胶过程中施加正交磁场，磁场强度为１００～１８０００高斯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄征青，陈坤，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]