一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法与流程

1.本发明属于水处理过滤膜制备领域，具体涉及一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法。


背景技术：

2.节能环保产业是国家着力培育的战略性新兴产业，也是补齐资源环境短板、改善生态环境质量的重要支撑。在水资源领域，膜法水处理具有处理效率高、工艺流程短、易控制、使用灵活、膜分离装置占地面积小、生产可实行全自动化等优点，在能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及医药食品等领域的节能环保环节发挥着重要作用。
3.超滤膜是膜法水处理的一种膜结构，一般采用热致相分离(tips，简称热法)和非溶剂致相分离(nips，简称湿法)纺丝生产。
4.现有技术中，热法纺丝采用挤出成型的工艺，操作流程短，废液较少，但膜丝分离效果、抗污染能力差，成本高；湿法纺丝是当前超滤膜行业广泛采用的制膜工艺，其膜丝分离孔径小，抗污染性能较好，但是纵向拉伸强度和径向抗压力较差，同时生产效率较低，生产成本较高，无法满足膜法水处理对膜材质量的需求。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法，
6.为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
8.s1，将n,n
‑
二甲基乙酰胺60～70份、聚偏氟乙烯18～22份、聚乙烯吡咯烷酮10～15份、聚乙二醇6～10份、氧化石墨烯0.5～3份、碳纳米管0.5～3份及碳纤维0.5～3份依次加入搅拌釜中，在50～100℃油浴下搅拌均匀，得到铸膜液；
9.s2，将30份n,n
‑
二甲基乙酰胺、30份甘油及40份水加入到容器中，在40～70℃下搅拌均匀，得到中空介质；
10.s3，将所述铸膜液和中空介质注入纺丝装置由喷丝头挤出，经非溶剂致相分离法，在水凝固浴中发生瞬时分层成形，并在60～80℃水浴中热处理0.5～2.5小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝。
11.作为本发明的一个优选实施例，所述聚偏氟乙烯分子量为40～60万道尔顿。
12.作为本发明的一个优选实施例，所述铸膜液粘度为80000～120000pas。
13.作为本发明的一个优选实施例，所述步骤s3中，喷丝头处铸膜液进料速度为60ml/min、中空介质进料速度为45ml/min。
14.作为本发明的一个优选实施例，非溶剂致相分离法，具体包括：喷丝头挤出膜丝经长度为20～30cm空气浴，进入温度为40～70℃、深度为1～2.5m的凝固浴，进入漂洗水浴，从
而分层成形。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝，其特征在于，所述膜丝采用上述中空纤维均质超滤膜膜丝的制备方法进行制备。
16.本发明实施例所提供的中空纤维均质超滤膜膜丝制备方法，通过配方及工艺的优化，提高了纺丝速度，从而提高了生产效率，降低了生产成本；所制备的中空纤维均质超滤膜膜丝，具有高度的一致性，均匀性、过滤精度、强度及延伸率较高，开孔率及亲水性孔表面提高了水通量，保证了水处理时的过滤效果；同时延长了过滤膜的使用寿命，降低了维修及保养成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
18.图1为本发明实施例1所述中空纤维均质超滤膜膜丝断面扫描电子显微镜放大200倍的图像；
19.图2为本发明实施例1所述中空纤维均质超滤膜膜丝断面扫描电子显微镜放大5000倍的图像。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.本发明实施方式提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
23.s1,配制铸膜液,将n,n
‑
二甲基乙酰胺(dmac)60～70份、聚偏氟乙烯(pvdf)18～22份、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)10～15份、聚乙二醇(peg)6～10份、氧化石墨烯0.5～3份、碳纳米管0.5～3份及碳纤维0.5～3份依次加入搅拌釜中，在50～100℃油浴下搅拌均匀，得到铸膜液。
24.本步骤中，氧化石墨烯的加入，不仅对膜丝增韧、改善了膜丝表面的亲水性，同时起到对所加入的碳纤维进行表面修饰的作用，使得碳纤维不仅起到增韧的作用，也对膜丝的表面亲水性有所改善。氧化石墨烯和碳纤维的同时加入，通过对过滤孔表面及膜丝表面的改性提高水通量，增加膜丝本身强度，同时提高了膜丝的寿命。碳纳米管的加入，从另一个角度一定程度上提高了膜丝对水的透过率，三者间的配合与协作，进一步提高了膜丝的强度、延展性及水通量性能。
25.优选地，所述聚偏氟乙烯分子量为40～60万道尔顿；所述铸膜液粘度为80000～120000pas。所述氧化石墨烯、碳纳米管及碳纤维的尺寸均为纳米级。
26.s2，配制中空介质，将30份二甲基乙酰胺(dmac)、30份甘油及40份水加入到容器中，在30～70℃下搅拌均匀，得到中空介质。这里的中空介质，原始状态为液态，当由喷丝头挤出后，成为中空状，作为铸膜液的附着介质，且呈中空状态。
27.s3，将所述铸膜液和中空介质注入纺丝装置由喷丝头挤出，经非溶剂致相分离法(nips)，在水凝固浴中发生瞬时分层成形，并在60～80℃水浴中热处理0.5～2.5小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝。
28.本步骤具体包括：将铸膜液和中空介质注入中空纤维均质喷丝头，在铸膜液进料速度60ml/min、中空介质进料速度45ml/min条件下纺丝，经长度为20～30cm空气浴，进入温度为40～70℃、ph为7～8、深度为1～2.5m的凝固浴，进入漂洗水浴，再将从漂洗水浴中出来的膜丝以45～50m/min的速度缠绕至绕丝轮上，收完丝后在60～80℃水浴中热处理0.5～2.5小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝。
29.通过上述制备方法所制备的中空纤维均质超滤膜膜丝，其膜丝表面层成分为聚偏氟乙烯18～22份、聚乙烯吡咯烷酮10～15份、氧化石墨烯0.5～3份、碳纳米管0.5～3份及碳纤维0.5～3份。膜丝纯水通量为250～450l/m2·
h(0.1mpa，25℃)，拉力值为4～5n，延伸率为100～150％，开孔率为88％，开孔孔径为0.03～0.06微米。所制备的中空纤维均质超滤膜膜丝，具有高度的一致性，均匀性、强度及延伸率较高，开孔率及亲水性孔表面提高了水通量，保证了水处理时的过滤效果；同时延长了过滤膜的使用寿命，降低了维修及保养成本。
30.实施例1
31.本实施例提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
32.s1，将70份二甲基乙酰胺(dmac)、22份聚偏氟乙烯(pvdf)、10份聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、6份聚乙二醇(peg)、0.5份氧化石墨烯％、1.5份碳纳米管及3份碳纤维加入到搅拌釜中，在100℃油浴下搅拌均匀，得到铸膜液1。
33.s2，将30份二甲基乙酰胺(dmac)、30份甘油及40份水加入到容器中，在50℃下搅拌均匀，得到中空介质。
34.s3，将铸膜液1和中空介质注入中空纤维均质喷丝头，在铸膜液进料速度60ml/min、中空介质进料速度45ml/min条件下纺丝，经长度为30cm空气浴，进入温度为40℃、ph为7～8、深度为2.5m的凝固浴，进入漂洗水浴，再将从漂洗水浴中出来的膜丝以50m/min的速度缠绕至绕丝轮上，收完丝后在80℃水浴中热处理2.5小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝1。
35.本实施例所制备的中空纤维均质超滤膜膜丝1，纯水通量为300l/m2·
h(0.1mpa，25℃)，拉力值为5n，延伸率为150％，开孔率为85％。采用扫描电子显微镜对本实施例的中空纤维均质超滤膜膜丝1进行断面观察，图1和图2分别示出了不同放大倍数下的断面图像。如图1和图2所示，所述超滤膜膜丝断面分为内层和外层，且外层为均匀致密功能层，从而保证膜丝的过滤精度；内层为海绵网状支撑结构，且支撑网格相互贯通，从而增加膜丝的抗污染能力和膜丝强度。
36.实施例2
37.本实施例提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
38.s1，将65二甲基乙酰胺(dmac)、20份聚偏氟乙烯(pvdf)、13份聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、8份聚乙二醇(peg)、3份氧化石墨烯、0.5份碳纳米管及1.5份碳纤维加入到搅拌釜中，在50℃油浴下搅拌均匀，得到铸膜液2。
39.s2，将30份二甲基乙酰胺(dmac)、30份甘油及40份水加入到容器中，在30℃下搅拌均匀，得到中空介质。
40.s3，将铸膜液2和中空介质注入中空纤维均质喷丝头，在铸膜液进料速度60ml/min、中空介质进料速度45ml/min、纺丝温度25℃条件下纺丝，经长度为20cm空气浴，进入温度为55℃、ph为7～8、深度为1.5m的凝固浴，再进入漂洗水浴，再将从漂洗水浴中出来的膜丝以50m/min的速度缠绕至绕丝轮上，收完丝后在60℃水浴中热处理0.5小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝2。
41.本实施例所制备的中空纤维均质超滤膜2，纯水通量值为350l/m2·
h(0.1mpa，25℃)，拉力值为5n，延伸率为150％，开孔率为87％。
42.实施例3
43.本实施例提供了一种中空纤维均质超滤膜膜丝及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
44.s1，将60份二甲基乙酰胺(dmac)、18份聚偏氟乙烯(pvdf)、15份聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、10份聚乙二醇(peg)、1.5份氧化石墨烯、3份碳纳米管及0.5份碳纤维加入到搅拌釜中，在70℃油浴下搅拌均匀，得到铸膜液3。
45.s2，将30份二甲基乙酰胺(dmac)、30份甘油及40份水加入到容器中，在70℃下搅拌均匀，得到中空介质。
46.s3，将铸膜液3和中空介质注入中空纤维均质喷丝头，在铸膜液进料速度60ml/min、中空介质进料速度45ml/min条件下纺丝，经长度为25cm空气浴，进入温度为70℃、ph为7～8、深度为1m的凝固浴，进入漂洗水浴，再将从漂洗水浴中出来的膜丝以45m/min的速度缠绕至绕丝轮上，收完丝后在60℃水浴中热处理2小时，得到中空纤维均质超滤膜膜丝3。
47.本实施例所制备的中空纤维均质超滤膜3，纯水通量值为450l/m2·
h(0.1mpa，25℃)，拉力值为4.8n，延伸率为140％，开孔率为88％。
48.由以上技术方案可以看出，本发明实施例所提供的中空纤维均质超滤膜膜丝制备方法，通过配方及工艺的优化，提高了收丝速度，从而提高了生产效率，降低了生产成本；所制备的中空纤维均质超滤膜膜丝，具有高度的一致性，均匀性、强度及延伸率较高，开孔率及亲水性孔表面提高了水通量，保证了水处理时的过滤效果；同时延长了过滤膜的使用寿命，降低了维修及保养成本。
49.以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。