CN112642301A - 一种用于生命吸管的pvdf／ps中空纤维正电膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，所述极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，所述微孔层为选择性透过膜，所述选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm，所述极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％‑9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％‑16％的聚醚砜(PES)。本发明中，PVDF/PS中空纤维正电膜抗污染性能较强，由于PVDF/PS中空纤维正电膜中的元素具有较强的负极性,从而使其不易吸附有机物而具备良好的抗污性能，同时PVDF/PS中空纤维正电膜的膜组织结构均匀，孔隙分布均匀，膜表面孔小而内部吼大，保证了膜孔不易污堵，大大提高了PVDF/PS中空纤维正电膜的截流效果。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维膜技术领域，尤其涉及一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜。
背景技术
随着经济社会的发展，水环境污染加剧，水源水质恶化，水中的污染物尤其是有机污染物越来越多。而传统的饮用水处理方法仅对一般的有机污染物起作用，对“两虫”、藻类的去除效果不佳，且消毒容易产生副产物，控制膜过程污染一直是行业研究的主要课题，控制膜过程污染的有效方式有:适合的抗污染膜材的选择、过滤操作的强化、对原料液的预处理等。在家用净水行业，由于操作要求的限制，太多辅助、复杂的过滤操作显然是不现实的，净水器的过滤操作要求是简单易行。家用净水器原水是市政自来水，超滤膜过滤根本不需要对原水进行预处理。所以，超滤膜在使用过程中控制膜污染的最好方式是选用适合的抗污染膜材，中空纤维超滤膜是超滤膜的一种。它是超滤技术中最为成熟与先进的一种技术。中空纤维中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截流物质的分子量比较大，截流分子量可达几千至几十万，主要用于超滤净水器。普遍使用的直饮机用的就是超滤技术。
现有技术的超滤膜种类较多，根据膜材料的不同可以分为无机膜和有机膜，无机膜中陶瓷超滤膜在家用净水器中应用较多，陶瓷膜的寿命长，耐腐蚀，但是出水有土味，影响食用水的口感，同时陶瓷膜易堵塞不易清洗；中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高,操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业,新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性,目前，市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜中空纤维超滤膜的工作模式主要有外压式过滤和内压式过滤。外压式过滤是指原水从中空膜丝外侧经滤膜管壁过滤，形成透过液，从中空膜丝内侧流出，外压式过德形成的污垢层在中空纤维膜丝的外壁上,内压式过滤形成的污垢层在中空纤维膜丝的内壁上，在清冼膜丝污垢时，由于膜丝比较细，内孔小，滞留的汽墙不易清洗，大大降低了中空纤维正电膜的截流率。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决中空纤维正电膜截流率低的问题，而提出的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，所述极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，所述微孔层为选择性透过膜，所述选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述微孔层的空隙形状为海绵状或多指状。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述极薄表皮层的壁厚为200-600μm。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述微孔层的壁厚为52-80μm。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述凝固浴的温度为15-25℃。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，PVDF/PS中空纤维正电膜抗污染性能较强，由于PVDF/PS中空纤维正电膜中的元素具有较强的负极性,从而使其不易吸附有机物而具备良好的抗污性能，同时PVDF/PS中空纤维正电膜的膜组织结构均匀，孔隙分布均匀，膜表面孔小而内部吼大，保证了膜孔不易污堵，大大提高了PVDF/PS中空纤维正电膜的截流效果。
2、本发明中，PVDF/PS中空纤维正电膜还具有较高的耐热性，不燃性，具有突出的耐腐蚀性，不易被强酸强碱所腐蚀。
3、本发明中，通过清洗药剂进行化学清洗，即可实现PVDF/PS中空纤维正电膜丝通量的正常恢复，使PVDF超滤膜滤芯达到可反复使用的目的，提高了PVDF/PS中空纤维正电膜的利用率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅表1，一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，极薄表皮层的壁厚为200-600μm，微孔层的壁厚为52-80μm，极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，微孔层为选择性透过膜，选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm，极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)，微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂，微孔层的空隙形状为海绵状或多指状；
PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为5％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为12％的聚醚砜(PES)、重量百分比为17％的聚砜(PS)、重量百分比为10％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为18％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％的聚丙烯(PP)、重量百分比为30％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％的聚四氟乙烯和18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上，凝固浴的温度为15-25℃；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
实施例2
请参阅表1，一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，极薄表皮层的壁厚为200-600μm，微孔层的壁厚为52-80μm，极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，微孔层为选择性透过膜，选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm，极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)，微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂，微孔层的空隙形状为海绵状或多指状；
PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为7％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为14％的聚醚砜(PES)、重量百分比为18％的聚砜(PS)、重量百分比为13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为19％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为15％的聚丙烯(PP)、重量百分比为14％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％的聚四氟乙烯和18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上，凝固浴的温度为15-25℃；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
实施例3
请参阅表1，一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，极薄表皮层的壁厚为200-600μm，微孔层的壁厚为52-80μm，极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，微孔层为选择性透过膜，选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm，极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)，微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂，微孔层的空隙形状为海绵状或多指状；
PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为18％的聚砜(PS)、重量百分比为11％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为15％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％的聚四氟乙烯和18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上，凝固浴的温度为15-25℃；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
对比例
请参阅表1，一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，极薄表皮层的壁厚为200-600μm，微孔层的壁厚为52-80μm，极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，微孔层为选择性透过膜，选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm，极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)，微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂，微孔层的空隙形状为海绵状或多指状；
PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为10％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为17％的聚醚砜(PES)、重量百分比为14％的聚砜(PS)、重量百分比为8％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为21％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为20％的聚丙烯(PP)、重量百分比为10％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％的聚四氟乙烯和18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上，凝固浴的温度为15-25℃；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
下表为相同实验环境下，实施例1、2、3、4和对比例的试验结果：
由上表试验数据分析可知：PVDF/PS中空纤维正电膜抗污染性能较强，由于PVDF/PS中空纤维正电膜中的元素具有较强的负极性,从而使其不易吸附有机物而具备良好的抗污性能，同时PVDF/PS中空纤维正电膜的膜组织结构均匀，孔隙分布均匀，膜表面孔小而内部吼大，保证了膜孔不易污堵，大大提高了PVDF/PS中空纤维正电膜的截流效果；此外PVDF/PS中空纤维正电膜还具有较高的耐热性，不燃性，具有突出的耐腐蚀性，不易被强酸强碱所腐蚀，通过清洗药剂进行化学清洗，即可实现PVDF/PS中空纤维正电膜丝通量的正常恢复，使PVDF超滤膜滤芯达到可反复使用的目的，提高了PVDF/PS中空纤维正电膜的利用率。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，包括极薄表皮层和位于极薄表皮层外表壁的微孔层，所述极薄表皮层为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，所述微孔层为选择性透过膜，所述选择性透过膜的孔隙为0.001～0.1μm。
2.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述极薄表皮层的组分为：重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)。
3.根据权利要求2所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述微孔层的组分为：重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂。
4.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述微孔层的空隙形状为海绵状或多指状。
5.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述极薄表皮层的壁厚为200-600μm。
6.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述微孔层的壁厚为52-80μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述PVDF/PS中空纤维正电膜的制备步骤为：
S1.将重量百分比为5％-9％的聚偏氟乙烯(PVDF)、重量百分比为8％-16％的聚醚砜(PES)、重量百分比为15％-20％的聚砜(PS)、重量百分比为9％-13％的聚丙烯腈(PAN)、重量百分比为16％-20％的聚氯乙烯(PVC)、重量百分比为13％-19％的聚丙烯(PP)、重量百分比为11％-30％的聚乙烯(PE)的溶液混合，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到极薄表皮层制膜液；
S2.将重量百分比为82％-93％的聚四氟乙烯和7％-18％的微孔调节剂的混合溶液，在45-75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理，得到微孔层制膜液；
S3.将极薄表皮层制膜液倒入反应釜的内部，在30-40℃的条件下进行真空脱泡30min；
S4.将极薄表皮层制膜液倒入纺丝机中，向纺丝机通入氮气加压至0.1-0.3MPa，然后打开纺丝泵，转速控制在20-55r/min，芯液泵转速控制在15-25r/min，打开出料阀，喷丝头喷出的极薄表皮层纤维经过凝固浴后卷绕在芯管上；
S5.取下芯管上成膜的极薄表皮层，然后置于微孔层制膜液中浸泡24h，然后室温干燥得到PVDF/PS中空纤维正电膜。
8.根据权利要求1所述的一种用于生命吸管的PVDF/PS中空纤维正电膜，其特征在于，所述凝固浴的温度为15-25℃。
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