一種制備內壓式高分子管式微濾膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微濾膜技術領域，具體涉及一種制備內壓式高分子管式微濾膜的方法。
【背景技術】
[0002]膜分離技術是指在分子水平上，不同粒徑的混合物在通過半滲透膜時，實現機械篩分或選擇性分離的技術。半透膜又稱分離膜，分離膜的特點是膜壁遍布微小孔洞，根據孔徑的大小可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等。膜分離技術由于具有常溫下操作，無相態變化，高效節能，在生產過程中不產生污染等特點，因此在飲用水凈化，工業用水處理，食品、飲料用水凈化除菌，生物活性物質回收、精制等方面得到廣泛應用，并迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機械、生物、制藥、發酵等各個領域。分離膜因其獨特的結構和性能，在環境保護和水資源再生方面異軍突起，在環境工程，特別是廢水處理方面有著廣泛的應用前景。
[0003]膜分離技術是一門新興的高技術，以壓力差為膜分離的推動力，根據膜孔徑及相應分離物質的大小，主要可分為下列幾種:
1.微濾(MF)------以分離機械性微粒及細菌為主，微濾膜孔徑約在0.1?1um之間，一般以膜孔徑來表征。
[0004]2.超濾(UF)------以分離大分子物質、膠體、微粒、細菌等為主，超濾膜孔徑約大約在0.1?0.0Olum(Inm)之間，但是超濾膜精度一般以截留分子量來表征，截留分子量范圍大致1000?100萬。
[0005]3.納濾(NF)------以分離小分子物質(分子量1000以下)為主，納濾膜孔徑約在Inm左右，一般以對單價離子和高價離子的選擇性分離或截留分子量來表征膜性能。
[0006]4.反滲透(RO)------以分離無機鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD成分等為主，反滲透膜孔徑應在Inm以下，一般以除鹽率來表征。
[0007]中空纖維超濾和微濾膜是膜分離產品的最重要型式之一，膜呈毛細管狀，其纖維管壁表面為致密層，致密層上密布微孔，但具有分離功能，溶液就是以其組分能否通過微孔來達到分離目的。不同膜材料、不同的配方、不同生產工藝可制得各種分離功能的中空纖維超濾膜和微濾膜，根據致密層位置的不同，中空纖維超濾膜和微濾膜可分為:
(O內壓膜(分離用的致密層在中空纖維的內表面)
(2)外壓膜(分離用的致密層在中空纖維的外表面)
本領域技術人員在對現有的管式微濾膜研宄后發現，現有管式微濾膜存在耐溫性差，機械強度低，壽命短的缺點，這已經成為了微濾膜技術領域目前急需解決的問題。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種化學穩定性好、機械強度強、耐酸堿性強、孔徑均一、可處理固體含量高的液體的制備內壓式高分子管式微濾膜的方法。 本發明的目的是這樣實現的。
一種制備內壓式高分子管式微濾膜的方法，其特征在于:
步驟S101、將聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的任一種的粉末用孔徑為30-50微米的篩選裝置進行篩濾，其中進行篩濾時的溫度控制在15-25?，空氣相對濕度保持在40%-50% ;向篩濾后的聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的任一種的粉末中加入固化劑和表面活性劑，攪拌均勻后形成制備粉末，然后向由空心無縫鋼管中間插入小直徑的實心無縫鋼管形成的圓環中裝滿制備粉末并壓緊，所述裝滿制備粉末并壓緊的過程中使用震動及液壓的方式壓緊圓環中的制備粉末，壓力控制在6-9Mpa并保持60-80min，所形成的所述圓環內徑為0.4?0.65mm，外徑為0.9?1.2mm，其中，所述制備粉末的重量份的原料組成包括，聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的任一種的粉末80份-90份、聚酰胺0.5份-0.8份、脂環族多胺0.5份-0.8份、甲階酚醛樹脂2份-2.5份、卵磷脂0.5份-0.8份、乙二醇0.5份-0.8份、山梨醇0.5份-0.8份；
步驟S102、將裝有所述制備粉末的鋼管放入模具型腔中，在150°C -180°C、10-15Mpa下保持30-60min進行固化成型，再以8_10°C /h的速度將模具型腔降溫至20°C _25°C，并將得到的固化成型的管架從鋼管中分離出來；將50份-80份聚偏氟乙烯和0.1份-15份聚四氟乙烯粉經過篩選裝置篩分出粒徑在5-10微米的物料，將篩分后的聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯粉溶于溶劑中，再加入1-15份添加劑和0.001-15份交聯劑，攪拌4-8小時，使得兩者融合呈液狀但不分層，得到聚偏氟乙烯液，其中，所述聚偏氟乙烯液的重量份的原料組成包括，聚偏氟乙烯粉60份-70份、聚四氟乙烯粉I份-5份、硫酸鈉2份-10份、多元醇0.1份-1份、聚乙烯醇40份-50份、聚酯12份-15份、聚砜9份-11份、環氧樹脂4份-6份；步驟S103、采用壓力注漿成形法將聚偏氟乙烯液注入至管架，在10-16Mpa壓力、溫度在160-200°C、保持24-36小時，使兩者充分接觸，以8_12°C /h速率降至室溫，在所述骨架上形成聚偏氟乙烯膜，最終得到固液分離管式微濾膜。
[0009]優選的，所述制備內壓式高分子管式微濾膜的方法在無塵等級大于1000級的環境中進行。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1)在成膜過程中由于成膜體系固含量小，所形成晶核數減少，脫溶劑后形成的網絡結構更加疏松，制得的中空纖維膜孔徑更大。但是固含量降低，鑄膜液黏度太低會導致其失去可紡性。本發明的中空纖維膜成膜體系中，引入超高分子量聚丙烯腈樹脂，提高成膜體系黏度，增加可紡性。同時，成膜體系中引入聚丙烯腈樹脂可以改善所得中空纖維膜親水性，提高內壓膜抗污染能力和通透性能；
2)本發明的制備方法中，液體成孔劑的用量和種類與最終膜的孔徑結構有關，通過對液體成孔劑的選擇，在提高聚醚砜中空纖維內壓膜孔徑的同時，保證在成膜過程中孔結構的貫通，大大提高了膜產品的過濾效率，減少了在使用過程中深度污染的形成，延長了所得膜產品的使用壽命；
3)本發明的制備方法中添加了小分子添加劑，小分子添加劑會影響成膜體系分相速度，有利于提高中空纖維膜表面抗污染性能。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的制備方法的流程圖；
圖2是步驟SlOl中PE膜管的電鏡掃描圖；
圖3是步驟S103成型后的膜管的電鏡掃描圖；
圖4是成型的膜管的電鏡掃描圖。
【具體實施方式】
[0012]下面以實施例對本發明作進一步說明，但并不把本發明的實施范圍限制于此。本發明的制備方法的流程圖如圖1所示，PE膜管的電鏡掃描圖如圖2所示，成型后的膜管的電鏡掃描圖如圖3、4所示。
[0013]實施例1
一種制備內壓式高分子管式微濾膜的方法，它包括以下制備步驟。
[0014]步驟S101，將70份分子量為5 X 104-2 X 106的PVDF粉末用孔徑為30微米的篩粉設備進行篩分，篩分時的溫度控制在15°C，避免溫度影響產生彈性形變，空氣相對濕度保持在40% ;向篩分后的PVDF粉末加入由0.1份聚酰胺、0.1份脂環族多胺和2份甲階酚醛樹脂組成的固化劑、由0.1份卵磷脂、0.1份乙二醇、0.1份山梨醇組成的表面活性劑，攪拌均勾形成制備粉末；選用一根內徑為35.4mm的空心無縫鋼管，長度為1800_，向空心無縫鋼管中間插入一根外徑25.4mm的實心無縫鋼管，保持垂直居中位置，在兩鋼管間形成一個厚度為5_的圓環，然后向兩根鋼管形成的圓環中裝滿制備粉末并壓緊，可采用震動及液壓的方式壓緊圓環中的制備粉末，壓力控制在6Mpa并保持60min左右直至壓力無變化時停止；將裝有制備粉末的鋼管放入模具型腔中，在150°C、10Mpa下保持30min進行燒結，使制備粉末成型并固化；選用循環冷卻水冷卻，以8°C /h的速度將模具型腔降溫至20°C，再將得到的PVDF骨架從鋼管中脫出。
[0015]步驟S102，將50份分子量為5 X 104-2 X 106的PVDF和0.1份分子量為100萬以上的PTFE粉經過篩粉設備篩分出粒徑在5微米的物料，篩分時的溫度控制在15°C，空氣相對濕度保持在40% ;將篩分后的PVDF和PTFE粉溶于由30份聚乙烯醇、10份聚酯、8份聚砜、3份環氧樹脂形成的溶劑中，再加入I份無機鹽硫酸鈉和0.001份交聯劑有機二元酸，攪拌4小時，使得兩者融合呈液狀但不分層，得到PVDF液。
[0016]步驟S103，采用壓力注漿成形法，將PVDF液注入至PVDF骨架，在1Mpa壓力、溫度在160°C、保持24小時，使兩者充分接觸，在澆注的過程中將液相的膜材料PVDF液澆注到固相的骨架材料上，PVDF液易于滲透至骨架中，并形成不同程度的滲透現象，呈現出“錨型鑲嵌式膜結構”；以8°C /h速率降至室溫，在PVDF骨架上形成PVDF膜，最終得到固液分離管式微濾膜。
[0017]以上制備步驟均要求在無塵、無菌、防靜電的廠房中進行，其無塵等級大于1000級。
[0018]經檢測，本實施例得到的固液分離管式微濾膜具有以下性能指標:耐化學性:pH1-14 ;可反洗:“鑲嵌式”錨型結構膜允許反洗，反洗壓力0.3Mpa ;耐溫可達110°C ;PVDF膜的孔徑均一:0.5 μπι ;抗壓強度:1.8Mpa ;抗沖擊強度:0.8Mpa ;可處理固體含量為5%的廢水。
[0019]實施例2 一種制備內壓式高分子管式微濾膜的方法，它包括以下制備步驟。
[0020]步驟SlOldf 75份分子量為4X 106-8 X 106的PE粉末用孔徑為35微米的篩粉設備進行篩分，篩分時的溫度控制在20°C，避免溫度影響產生彈性形變，空氣相對濕度保持在42% ;A2、裝粉:向篩分后的PE粉末加入由0.3份聚酰胺、0.3份脂環族多胺和2份甲階酚醛樹脂組成的固化劑、由0.3份卵磷脂、0.3份乙二醇、0.3份山梨醇組成的表面活性劑，攪拌均勾形成制備粉末；選用一根內徑為35.4mm的空心無縫鋼管，長度為2000mm，向空心無縫鋼管中間插入一根外徑25.4mm的實心無縫鋼管，保持垂直居中位置，在兩鋼管間形成一個厚度為5_的圓環，然后向兩根鋼管形成的圓環中裝滿制備粉末并壓緊，可采用震動及液壓的方式壓緊圓環中的制備粉末，壓力控制在7Mpa并保持70min直至壓力無變化時停止；將裝有制備粉末的鋼管放入模具型腔中，在160°C、IIMpa下保持40min進行燒結，使制備粉末成型并固化；選用循環冷卻水冷卻，以9°C /h的速度將模具型腔降溫至22°C，再將得到的