CN101721925A

CN101721925A - 家用净水中空纤维超滤膜及其制备方法

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Publication number: CN101721925A
Application number: CN201010018248A
Authority: CN
Inventors: 张亚琴
Original assignee: CHANGZHOU MAXIE MEMBRANE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU MAXIE MEMBRANE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: CN101721925B

Abstract

本发明涉及功能材料技术，尤其涉及一种超滤膜及其制备方法，原料采用聚砜、聚乙烯吡咯酮、聚乙二醇、N′N－二甲基乙酰胺和氯化钠，同时氯化钠水溶液作为芯液充填液，原料中聚砜重量百分比为10％-25％，聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为3％-10％，低聚合度聚乙二醇重量百分比为1％-10％，N′N－二甲基乙酰胺重量百分比为65％-85％，氯化钠比试丝液重量百分比为1％-10％，氯化钠芯液重量百分比占原料总量5-30％，制成超滤膜。本发明解决现有的超滤膜存在不适用于家用或民用低成本行业的问题和一般家用出水量由于精度增加出水量减小的问题。

Description

家用净水中空纤维超滤膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能材料技术，尤其涉及一种超滤膜及其制备方法。

背景技术

超滤膜作为一种可用于分子过滤的手段，超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。

但是现有的超滤膜一般是用作工业中，特别是用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大。但是在家用净水采用的主要是无机超滤膜如陶瓷超滤膜膜为主，虽然陶瓷超滤膜寿命长，耐腐蚀，但出水有土味，影响口感，同时陶瓷膜易堵塞，清洗不易。导致了超滤膜不能广泛的应用于家用净水和相关的民用低成本行业中。常规中空纤维超滤膜时，中空纤维的精度越高，超滤膜的水通理就小，超滤膜的精度低，水通量便高。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：针对现有的超滤膜存在不适用于家用或民用低成本行业的问题和一般家用出水量由于精度增加出水量减小的问题，提供一种用于高精高通量超滤膜及其制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中空纤维超滤膜的原料采用聚砜、聚乙烯吡咯酮、聚乙二醇、NN二甲基乙酰胺和氯化钠，同时氯化钠水溶液作为芯液充填液，原料中聚砜重量百分比为10％-25％，聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为3％-10％，低聚合度聚乙二醇重量百分比为1％-10％，NN二甲基乙酰胺重量百分比为65％-85％，氯化钠比试丝液重量百分比为1％-10％，氯化钠芯液重量百分比5-30％，制成超滤膜。

本发明中采用的聚乙烯吡咯酮分子式—[CH₂CH(CCNH₂CH₂CH₂CO)]_n—，分子中既有亲水基团，又有亲油基团，所以既能溶于水又能溶于醇和甲酰胺溶剂，而聚乙二醇分子式为—HO(CH2CH2O)nH—，当聚砜被溶解在氯化钠二甲基乙酰胺后形成均一的胶体，在制膜原液中加入亲水性添加剂聚乙烯吡咯烷酮，以改善膜的亲水性能，使原来表面亲水性不强的高分子材料聚砜与聚乙烯吡咯烷酮分子链间嵌合更紧密，导致透析膜成型时聚合孔和网络孔的组合更科学与合理。从而使小分子水的透过性增加，也使得肌酐和尿素等溶质更容易扩散，因此膜微孔的孔隙率提高；由聚乙烯吡咯酮的亲油基团迅速进入溶剂分子结合点，通过搅拌快速形成一体化共混体，为纺丝工艺成海绵孔膜作好准备，聚乙二醇的介入使其分子式中的-O H直接与溶剂以及致孔剂的基团结合在一起，同时聚乙二醇的亲水效果比聚乙烯吡咯酮来得更直接和迅速，因此为纺丝成膜快速形成超滤微孔作好准备。氯化钠分子作为无机小分子在制膜液中作超两个作用，在干程中有延迟微孔产生，防止大孔出现的作用，在湿程中有促进微孔增多的作用，为成孔加速特质出现，可以使制成的纤维内腔光滑，提高高精超滤膜的抗污染能力。

本发明中所述的低聚合度聚乙二醇聚合度从200-2000分子量之间。

本发明中所述的中空纤维超滤膜的制备方法：原料的配比：聚砜重量百分比为10％-25％，聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为3％-10％，低聚合度聚乙二醇重量百分比为1％-10％，NN二甲基乙酰胺重量百分比为65％-85％，氯化钠比试丝液重量百分比为1％-10％，氯化钠芯液重量百分比5-30％，将NN-二甲基乙酰胺、氯化钠、聚砜混合搅拌至溶解，再加入聚乙烯吡咯酮至彻底溶解、再加低聚合度聚乙二醇，在60℃下搅拌10小时，直至纺丝液粘度50cp-2000cp之间；将粘度50cp-1000cp的纺丝液压至一密闭的容器，在纺丝液压力10KP-100KP的微压条件下，通过洁净的空气压或氮气压将纺丝液压至一个稳压分配管，由稳压分配管分配至双孔喷丝板挤出成膜。由芯液成份交换和内凝固促进了微孔的产生定型；在生产过程中采用干湿法相分离方法，在此过程中干程与湿程比为1：100，纤维外径为300μm-1000μm，内径为200μm-700μm，在纤维膜孔基本形成以后，90℃纯化水下定形处理，形成中空纤维超滤膜。

本发明的中空纤维超滤膜的制备方法中冷凝过程中，是一个成膜关键的过程，相分离中的聚砜材料通过富相优势迅速固化，形成聚砜中空纤维，聚乙烯吡咯酮以其高聚合度的特有粘性拖迟微孔的迅速形成，从而微小海绵组织产生，聚乙二醇以其快速与水分子结合的特性使膜孔中的乙酰胺现水分子交换，因此，在本发明的此工艺配方中，各类组份以协同成孔的优势产生无压式超滤膜。

有益效果：空气段距离对中空纤维膜有较大影响，当纺丝液通过喷丝头毛细管后，在喷头出口处，粘性流体从煎切流动中回复过来，在卷绕拉伸力和重力作用下伸展，距离小，纺丝液很快进入外凝固浴成膜，聚合物溶液被迅速“凝固”；距离大，高聚物堆积更紧密，并重新排列成较稳定的状态，甚至可能取向和结晶，造成膜平均结构较小，分布更均匀，最终导致膜的微孔小而多，表现出对水的透过能力强而对溶质的截留率大现象，分子量4000、6000、10000道尔顿的过滤精度下，产水能力达到20-100ml/min.h.0.1MPa。

具体实施方式

方案一：

原料

聚砜重量百分比为20％，

聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为4％，

低聚合度聚乙二醇PEG6000重量百分比为4％

氯化纳比试丝液重量百分比为2％，

NN二甲基乙酰胺重量百分比为70％

芯液

氯化钠芯液重量百分比占原料总量8％

纤维规格：外径1000μm内径700μm

产品性能测试结果如下表一

表一

方案二：

原料：

聚砜重量百分比为18％，

聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为6％，

低聚合度聚乙二醇PEG6000重量百分比为2％

氯化纳比试丝液重量百分比为2％，

NN二甲基乙酰胺重量百分比为72％

芯液：

氯化钠芯液重量百分比占原料总量10％

纤维规格：外径1000μm内径700μm

产品性能测试结果如下，表二

表二

方案三：

原料

聚砜重量百分比为18％，

聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为2％，

低聚合度聚乙二醇PEG6000重量百分比为6％

氯化纳比试丝液重量百分比为6％，

NN二甲基乙酰胺重量百分比为68％

芯液

氯化钠芯液重量百分比占原料总量20％

纤维规格：外径1000μm内径700μm

产品性能测试结果如下，表三

表三

方案四：

通过对照方案一，主要制膜材料更换成聚丙烯腈后，其它条件不变的生产工艺生产的超滤膜，测试结果与聚砜工艺生产的膜完全不同，在精度上无法准确定位，水通量性能上不如聚砜工艺。

聚丙烯腈重量百分比为20％，

聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为4％，

低聚合度聚乙二醇PEG6000重量百分比为4％

氯化纳比试丝液重量百分比为2％，

NN二甲基乙酰胺重量百分比为70％

氯化钠芯液重量百分比8％

纤维规格：外径1000μm内径700μm

产品性能测试结果如下，表四

表四

Claims

1.一种家用净水中空纤维超滤膜，其特征在于：原料采用聚砜、聚乙烯吡咯酮、聚乙二醇、NN二甲基乙酰胺和氯化钠，同时氯化钠水溶液作为芯液充填液，原料中聚砜重量百分比为10％-25％，聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为3％-10％，低聚合度聚乙二醇重量百分比为1％-10％，NN二甲基乙酰胺重量百分比为65％-85％，氯化钠比试丝液重量百分比为1％-10％，氯化钠芯液重量百分比占原料总量5-30％，制成超滤膜。

2.如权利要求1所述的家用净水中空纤维超滤膜，其特征在于：所述的低聚合度聚乙二醇聚合度从200-2000分子量之间。

3.如权利要求1所述的家用净水中空纤维超滤膜制备方法，其特征在于：原料的配比：聚砜重量百分比为10％-25％，聚乙烯吡咯烷酮K90重量百分比为3％-10％，低聚合度聚乙二醇重量百分比为1％-10％，NN二甲基乙酰胺重量百分比为65％-85％，氯化钠比试丝液重量百分比为1％-10％，氯化钠芯液重量百分比5-30％，将NN-二甲基乙酰胺、氯化钠、聚砜混合搅拌至溶解，再加入聚乙烯吡咯酮至彻底溶解、再加低聚合度聚乙二醇，在60℃下搅拌10小时，直至纺丝液粘度50cp-2000cp之间；将粘度50cp-1000cp的纺丝液压至一密闭的容器，在纺丝液压力10KP-100KP的微压条件下，通过洁净的空气压或氮气压将纺丝液压至一个稳压分配管，由稳压分配管分配至双孔喷丝板挤出成膜，由芯液成份交换和内凝固促进了微孔的产生定型；在生产过程中采用干湿法相分离方法，在此过程中干程与湿程比为1∶100，纤维外径为300μm-1000μm，内径为200μm-700μm，在纤维膜孔基本形成以后，90℃纯化水下定形处理，形成中空纤维超滤膜。