本发明专利技术涉及一种带加螺旋强筋的中空纤维膜制备方法及喷丝头，其过程是采用了可旋转的喷丝头，且由于喷丝头膜液通道内壁沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽，通过15-25%聚合物、70～75%的溶剂、2～10%的成孔剂、0.1～0.5%的增韧改性剂混合，30～70℃下充分搅拌，脱泡得到铸膜液，铸膜液与内凝胶液同时通过旋转的喷丝头下模及底板的通孔时，在内外凝胶液的作用下形成的中空纤维膜的膜外壁上可以形成加强筋，可以根据半圆形槽的数量控制加强筋的条数，也可以通过电机旋转的快慢控制加强筋的螺距，该方法及所采用的喷丝头可以明显提高中空纤维膜的机械强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种中空纤维膜制备方法，具体涉及一种带螺旋加强筋的中空纤维膜制备方法及嗔丝头。
技术介绍
膜蒸馏技术(MD)是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的膜分离过程。MD技术以其分离纯化效率高、不污染环境、便于与其他净化处理过程耦合与集成等特点，在高盐度，高浓度污染物的工业废水，以及高价值金属、有机组分的回收利用方面展示出巨大的应用前景。目前，科研人员在膜蒸馏用膜的制备、膜组件的优化设计、传质传热的机理及数学模型的建立等方面进行了详细深入的研究，取得了较大的进展。但MD技术目前并未得到真正推广应用，主要原因为:1)缺乏商业化的高通量、高强度及疏水膜；2)膜组件放大后由于组件沟流效应的存在，导致膜通量下降明显，组件的优化设计待加强。3)浓缩过程膜垢的存在、不可避免的膜润湿现象、疏水膜粘附现象及其在线膜清洗及膜性能修复导致MD过程的长期稳定运行成为一亟待解决的课题。三种影响MD技术进步的因素中，MD用膜的开发是关键，且二者相互关联。同其他膜过程类似，膜的壁厚等结构参数对MD传质过程有重要的影响。为降低膜传质阻力、提高膜的疏水性与机械强度，研究者主要通过铸膜液配方、纺丝工艺参数的选择，从孔径分布、空隙率、壁厚/皮层的控制、单皮层结构调控等方面着手进行膜的优化。但膜壁厚降低与通量提高并不成正比。一方面，壁厚降低可降低膜的传质阻力，从而提高通量，但另一方面，膜壁厚降低，热传导加剧，造成高热损耗和低跨膜温差，进而导致膜通量下降。另外，为获得高通量而片面降低膜壁厚，极易造成膜成品率及膜丝机械强度下降，而且在实际运行过程中易造成瘪丝、断丝现象，严重影响膜使用寿命。为了提高膜的疏水性和膜强度，一些研究者通过凝胶过程控制、无机/聚合物颗粒(CaC03、Ti02、PTFE等)的共混、膜功能化改性等方法和手段来实现。为提高膜的传质效率，目前对于膜蒸馏组件的优化设计重点在于如何促进膜面附近紊流的产生，降低极化现象。这样的设计趋向，导引了膜组设计的开发方向往曲面式、螺旋式或缠绕式的构造发展，较多的研究者采用在组件流道内置折流板、螺旋器、格网等急湍构件来改变流态，提高膜表面流速，产生涡流。急湍构件的设计总体引发了许多复杂流体力学问题。在大型组件设计中不宜采用，而且因为构件的引入，造成压损变大，机械能损耗上升。由此可见，膜蒸馏用膜的制备应该突破传统制膜思路，综合考量制膜工艺与膜蒸馏组件优化设计。既要提高中空纤维膜的强度，又要提高膜丝及组件通量，所纺中空纤维膜应该具备高强度、高通量、抗污性能，同时要适合膜蒸馏过程独特的清洗、干燥步骤
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供带螺旋加强筋的中空纤维膜的制备方法及所使用的旋转喷丝头，克服了现有膜研制技术中为提高膜通量，通过降低膜壁的厚度，从而导致膜丝机械强度下降的问题，且在实际运行过程中薄壁膜丝易造成瘪丝、断丝现象，严重影响膜使用寿命的缺陷。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种带加强筋的中空纤维膜制备方法，包括以下步骤，步骤1:铸膜液制备，将15 25% (重量百分比)的聚合物、70 75%的溶剂、2 10%的成孔剂、0.1 0.5%的增韧改性剂混合，各组分之和为百分之百；混合液在30 70°C下充分搅拌，脱泡后，得到铸膜液；步骤2:纺丝成膜，将步骤I制得的铸膜液通入喷丝头的铸膜液通道，铸膜液与所述铸膜液通道内中心管的内凝胶液同时挤出后注入外凝胶介质中固化成膜，其中，铸膜液与内凝胶液同时通过的喷丝头呈旋转状态，且铸膜液通道的圆形内壁上沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽；步骤3:膜丝卷绕，从旋转的喷丝头出来的铸膜液在内部凝胶液与外部凝胶液的作用下形成初生态中空纤维膜，所述初生态中空纤维膜在膜丝卷绕机的牵引作用下使膜丝在外部凝胶液中停留一定时间，最后在卷绕机的绕丝轮上卷绕成束；其中，膜丝在外部凝胶液中停留4至10秒，可以使铸膜液充分发生分相作用；后处理:将绕丝轮上中空纤维膜取下，在30 80°C水中进行浸泡淬火，消除膜丝应力。其中喷丝头下模可以以0.2-lm/min速度恒速旋转，在绕丝轮的牵引下，形成螺旋状加强筋。本专利技术的有益效果是:由于喷丝头，当铸膜液通过喷丝头的喷丝头铸膜液通道及所述铸膜液通道内中心管内的内凝胶液同时挤出后注入外凝胶介质中固化成膜，由于喷丝头处于旋转状态，且喷丝头铸膜液通道内壁上沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽，在内外凝胶液的作用下成膜即可以制得的中空纤维膜外壁具有螺旋形加强筋的中空纤维膜结构，提高纤维膜的机械强度。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，步骤I所述混合液充分搅拌12 36小时，且搅拌后在0.1 0.4MPa的压力下通过200 400目过滤器压入脱气釜，经过滤、静置或真空脱泡24 36小时。采用上述进一步方案的有益效果是:制备的铸膜液更加均匀容易成膜。进一步，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚砜中的一种或任意几种。进一步，所述溶剂为二甲基乙酰胺或/和二甲基甲酰胺。进一步，所述成孔剂为氯化锂、丙酮、聚乙二醇或水。进一步，所述增韧改性剂为邻苯二甲酸二甲酯、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙或纳米二氧化钛。本专利技术还提供一种制备带加强筋中空纤维膜用喷丝头，所述喷丝头包括喷丝头上模、喷丝头下模、喷丝底板及驱动电机，所述喷丝头上模固定在设备上，所述喷丝头上模上设有芯液管道及上模铸膜液通道，所述芯液管道一端为芯液体接口，另一端连通芯针，芯针内为内凝胶液通道；所述上模铸膜液通道一端与铸膜液脱气罐连通；所述喷丝头下模上设有下模铸膜液通道入口、下模铸膜液通道及下模铸膜液通道出口，所述下模铸膜液通道入口与所述上模铸膜液通道另一端连通；所述芯针位于所述下模铸膜液通道内且与所述下模铸膜液通道同轴心，所述芯针下端为内凝胶液出口，所述内凝胶液出口与所述下模铸膜液通道出口平齐；所述喷丝底板与所述喷丝头上模底端固定，所述喷丝底板上设置有通孔，所述通孔位置与所述芯针及所述下模铸膜液通道同轴心，其下端为铸膜液出口，所述内凝胶液与铸膜液同时通过所述通孔；所述喷丝头下模铸膜液通道的内壁沿轴向方向设有截面为半圆形的凹槽；所述驱动电机固定在电机座上，所述电机座固定在所述喷丝头上模一侧，所述驱动电机的电机轴上设有电机轴输出齿轮，所述电机轴输出齿轮与所述喷丝头下模上的齿盘相互啮合，带动所述喷丝头下模旋转。本专利技术的有益效果是:在将所述喷丝头的下模及喷丝底板构成下模总成，喷丝板下模通过电机输出轴驱动旋转，喷丝头上模、喷丝头下模及喷丝底板之间的密封性靠喷丝底板上均布的弹性螺钉来调节。当芯针内的内凝胶液与铸膜液同时通过旋转的喷丝头下模时，由于喷丝头下模铸膜液通道内壁沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽，在内、外凝胶液的作用下形成的中空纤维膜的膜外壁上可以形成螺旋体形加强筋，且加强筋的螺距可以通过电机旋转的快慢控制，螺旋加强筋可以提高中空纤维膜的机械强度。进一步，所述下模铸膜液通道入口的截面呈V字型。进一步，所述截面为半圆形的凹槽为二至五个，均匀分布在所述喷丝头下模铸膜液通道内壁。所述半圆形槽为二个，即设置在铸膜液环形出口直径的两端，为三个，即之间的夹角为120度。采用上述进一步方案的有益效果是:可以根据需要设置半圆形槽的数量进而可以控制中空纤维膜上加强筋的数量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1：铸膜液制备，将15～25%（重量百分比）的聚合物、70～75%的溶剂（重量百分比）、2～10%的成孔剂（重量百分比）、0.1～0.5%的增韧改性剂（重量百分比）混合制成混合液，各组分之和为百分之百，所述混合液在30～70℃下充分搅拌，脱泡后，得到铸膜液；步骤2：纺丝成膜，将步骤1制得的铸膜液通入喷丝头的铸膜液通道，铸膜液与所述铸膜液通道内中心管的内凝胶液同时挤出后注入外凝胶介质中固化成膜，其中，铸膜液与内凝胶液同时通过的喷丝头呈旋转状态，且铸膜液通道的圆形内壁上沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽；步骤3：膜丝卷绕，从旋转的喷丝头出来的铸膜液在内部凝胶液与外部凝胶液的作用下形成初生态中空纤维膜，所述初生态中空纤维膜在膜丝卷绕机的牵引作用下使膜丝在外部凝胶液中停留一定时间，最后在卷绕机的绕丝轮上卷绕成束；后处理：将绕丝轮上中空纤维膜丝取下，在30～80℃水中进行浸泡淬火，消除膜丝应力。
【技术特征摘要】
1.一种带加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤1:铸膜液制备，将15 25% (重量百分比)的聚合物、70 75%的溶剂(重量百分t匕)、2 10%的成孔剂(重量百分比)、0.1 0.5%的增韧改性剂(重量百分比)混合制成混合液，各组分之和为百分之百，所述混合液在30 70°C下充分搅拌，脱泡后，得到铸膜液； 步骤2:纺丝成膜，将步骤I制得的铸膜液通入喷丝头的铸膜液通道，铸膜液与所述铸膜液通道内中心管的内凝胶液同时挤出后注入外凝胶介质中固化成膜，其中，铸膜液与内凝胶液同时通过的喷丝头呈旋转状态，且铸膜液通道的圆形内壁上沿轴向方向设置有截面为半圆形的凹槽； 步骤3:膜丝卷绕，从旋转的喷丝头出来的铸膜液在内部凝胶液与外部凝胶液的作用下形成初生态中空纤维膜，所述初生态中空纤维膜在膜丝卷绕机的牵引作用下使膜丝在外部凝胶液中停留一定时间，最后在卷绕机的绕丝轮上卷绕成束； 后处理:将绕丝轮上中空纤维膜丝取下，在30 80°C水中进行浸泡淬火，消除膜丝应力。2.根据权利要求1所述一种带螺旋体加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，步骤I所述混合液充分搅拌12 36小时，且搅拌后在0.1 0.4MPa的压力下通过200 400目过滤器压入脱气釜，经过滤、静置或真空脱泡24 36小时。3.根据权利要求1或2所述一种带螺旋体加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚砜中的一种或任意几种。4.根据权利要求3所述一种带螺旋体加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，所述溶剂为二甲基乙酰胺或/和二甲基甲酰胺。5.根据权利要求3所述一种带螺旋体加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，所述成孔剂为氯化锂、丙酮、聚乙二醇或水中的一种或任意几种。6.根据权利要求6所述一种带螺旋体加强筋的中空纤维膜制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王军，马仲英，侯得印，张跃武，栾兆坤，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，江苏旌凯环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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