一种中空纤维纳滤膜的制备方法

本发明涉及一种纳滤膜的制备方法，具体为一种以串珠纤维或超细纤维束为加强 筋的中空纤维纳滤膜的制备方法，属于分离膜制造领域。

纳滤膜（Nanofiltration，NF）是截留性能介于超滤和反渗透之间的一种新型分离 膜。纳滤膜对单价盐的截留率小于50%，对二价及多价盐的截留率均在80%以上；并可截留相 对分子质量在200以上的溶解组分。另外，纳滤过程需要的跨膜压差一般为0.5～2.0 MPa， 比用反渗透达到同样的渗透通量所需施加的压差低0.5～3.0 MPa。由于其选择截留特点和 低压可操作性，纳滤技术开始在水资源、食品、医药、环保、化工等领域得到广泛应用。

商品纳滤膜多为螺旋卷式膜组件，生产工艺复杂，使用条件苛刻，清洗和维护都较 为困难。

中空纤维膜具有单位体积内比表面积大，膜及组件生产工艺简单，易清洗易维护 等优点。但均质中空纤维膜强度略低，在纳滤操作压力下易发生变形；目前有采用编织网和 纤维做加强的中空纤维膜，但在使用过程中易发生加强网或加强纤维易与膜体剥离的现 象，带来中空纤维膜结构损伤和性能恶化。

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种抗污染、高强度的中空纤维纳滤 膜。本发明所述的技术方案是，设计一种新型纺丝工艺，该工艺以聚醚砜（PES）、磺化聚醚砜 （SPES）或两者的共混物为本体材料，将静电纺技术与传统的非溶剂相转化纺丝工艺相结 合，当中空纤维铸膜液从喷丝板挤出时，静电纺针头喷出的溶液正好进入中空纤维膜壁中， 二者一起落入凝固浴发生相转化，并经过漂洗、卷绕等工序，得到以功能化的串珠纤维或超 细纤维束为加强筋的中空纤维纳滤膜。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1.中空纤维的加强筋为串珠纤维，由于串珠纤维具有连续的珠状膨胀体，因此与纤维 的接触面大，珠状膨胀体牢牢嵌在中空纤维膜中，两者的复合牢度极大。另外，改变静电纺 压力，喷射出的溶液会分成多根超细纤维，组成纤维束，超细纤维在下降过程中会粘接成节 点，也将起到加固和强化支撑作用。

2.串珠纤维或超细纤维束为纳米纤维，的非常细，因此不会像常规加强纤维和纤 维网那样占据较大体积，影响中空纤维膜的分离性能。

3.串珠纤维或超细纤维束材质为高强度树脂混合无机粒子，具有增强和增韧作 用。

4.静电纺丝溶液往往温度较高，因此便于溶解高强度树脂、掺混无机纳米粒子，纤 维虽然细但强度较高。

5.静电纺丝的针头极细，因此可沿着中空纤维的圆周方向分布多个针头，同时喷 出串珠纤维，形成多根超细筋均匀分布和增强模式，增加了中空纤维的耐冲击能力。

6.利用中空纤维纺丝凝固浴实现静电纺纤维的动态水浴成纱，铸膜液和静电纺溶 液一同发生相转化，两者结合更紧密。

7.所选择的无机粒子赋予中空纤维更高的强度、抗污染能力和抑菌性。

8.本发明专利生产工艺简单先进。

图1为本发明所述串珠纤维或纤维束加强中空纤维膜的纺丝装备和工艺示意图。 图1中：1.溶料釜搅拌系统；2.溶料釜；3.阀门；4.计量泵；5.喷丝板；6.芯液釜搅拌系统；7. 芯液釜；8.阀门；9.计量泵；10.凝固浴；11.漂洗浴；12.卷绕辊；13.静电纺装置；14.静电纺 出料针头

图2为静电纺出料针头的排布位置示意图，针头数量为2-100个。图2中：1.中空纤维出 料位置；2.针头。

图3 串珠纤维加强中空纤维膜的示意图。图3中：1.中空纤维；2.串珠纤维。

图4 纤维束加强中空纤维膜的示意图。图4中：1.中空纤维；2.纤维束。

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步说明：

本发明设计一种新型纺丝工艺，该工艺以聚醚砜（PES）和磺化聚醚砜（SPES）共混物为 本体材料，将静电纺技术与传统的非溶剂相转化纺丝工艺相结合，开发加强纤维与中空纤 维膜同纺技术，制备以功能化的串珠纤维或纤维束为加强筋（加强纤维）的中空纤维纳滤 膜。具体工艺包括：

1.在传统湿法纺丝机上加装静电纺丝装置（见图1），静电纺的出料针头在喷丝板的出 料口下方，未来中空纤维膜壁的中间；

2.配制聚醚砜和磺化聚醚砜的铸膜液，静置脱泡；

3.将无机粒子、助剂、聚合物等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

4.设定静电纺丝条件，包括：静电压、纺丝速度等，开启静电纺设备，采用空气纺和液流 控制技术，纺制串珠纤维或纤维束（见图2）；

5.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 或纤维束被包埋在纤维中，得到串珠纤维或纤维束加强的中空纤维纳滤膜。

所采用的中空纤维膜纺丝方法为常规的湿法纺丝工艺。纺丝工艺所用的凝固浴为 水。

静电纺的出料针口按照中空纤维圆周的方向均匀分布在中空纤维喷丝板出料口 的下方，数量为是2-100个。

静电纺丝过程中所述聚合物指聚己内酯、聚偏氟乙烯、三醋酸纤维素、聚丙烯腈、 聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜和聚酰胺等中的一种或者几种。

静电纺丝过程中所述无机粒子是指二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、石墨烯、碳纳米 管等中的一种或者几种。

静电纺丝过程中，静电压为1-50kV, 纺丝速度为5-100m/s。

与本发明方法配套使用的设备，如静电纺装置本身为现有技术，或者只需根据本 发明方法要求做适应性改装即可，本领域普通技术人员不经创造性劳动即可容易完成。

本发明方法可供中空纤维膜生产厂进行规模化生产使用。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明方法的具体实施例，但本发明方法权利要求不受具体实施例的限 制：

实施例1

2根串珠纤维加强聚醚砜中空纤维纳滤膜：

1. 配制聚醚砜铸膜液，静置脱泡；

2.将二氧化硅、助剂、聚酰胺等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

3.设定静电纺丝条件，包括：静电压为1kV、纺丝速度为5m/s等，开启静电纺设备，采用 空气纺技术，纺制串珠纤维；静电纺装置的出料针头为2个；

4.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 被包埋在纤维中，得到2根串珠纤维加强的中空纤维纳滤膜。

实施例2

100根串珠纤维加强聚醚砜中空纤维纳滤膜：

5. 配制聚砜和聚醚砜共混铸膜液，静置脱泡；

6.将石墨烯、助剂、聚偏氟乙烯等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

7.设定静电纺丝条件，包括：静电压为50kV、纺丝速度为50m/s等，开启静电纺设备，采 用空气纺技术，纺制串珠纤维；静电纺装置的出料针头为100个；

8.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 被包埋在纤维中，得到100根串珠纤维加强的中空纤维纳滤膜。

实施例3

6根纤维束加强聚醚砜中空纤维纳滤膜：

9. 配制聚砜和聚醚砜共混铸膜液，静置脱泡；

10.将二氧化钛、助剂、聚酰胺等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

11.设定静电纺丝条件，包括：静电压为20kV、纺丝速度为100m/s等，开启静电纺设备， 采用定量控制技术，纺制纤维束加强中空纤维纳滤膜；静电纺装置的出料针头为6个；

12.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 被包埋在纤维中，得到6根纤维束加强的中空纤维纳滤膜。

上述每个实施例仅为本发明的可能之一，并不代表本发明的全部，中空纤维铸膜 液和静电纺丝溶液的成分、比例可以在合适的范围内变动。中空纤维纺丝机和静电纺装置 的工艺参数也可根据实际需要来调节，并不限定于例中所述。