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中空纤维膜的制备方法及原理 膜组件 膜组件由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件。 膜组件的种类： 管式膜组件 中空纤维式 平板膜组件 卷式膜组件 管式膜组件 特点： 结构简单、适应性强、 压力损失小、透过量大，清 洗、安装方便、可耐高压， 适宜处理高粘度及稠厚液体 。但比表面积小。适于微滤 和超滤。 管式陶瓷超滤膜组件 平板膜组件 特点： 较管式组件 比表面积大得多 ，易于更换膜， 适于微滤、超滤。 螺旋卷式膜组件 特点： 膜面积大，湍流情 况好，但制造装配要求 高、清洗检修不方便， 不能处理悬浮液浓度较 高的料液。可用于微滤 、超滤和反渗透。 超滤微滤卷式膜组件 中空纤维式膜组建 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。 1 中空纤维膜的制备方法及原理 中空纤维状超滤膜的外径为0.5～2μm。特点是直径小，强度高,不需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。此外，单位体积中空纤维状超滤膜的内表面积很大，能有效提高渗透通量。 中空纤维膜的制备方法大致可分为3类:即溶液纺 丝、熔融纺丝和半熔融纺丝。 1. 1 溶液纺丝法 溶液纺丝法是一种较成熟的中空纤维膜成形方法, 常采用干湿法纺丝工艺。按制膜液的组成和配比配置纺丝液,经熟化脱泡后,经插入管式纺丝喷头,再经溶剂挥发、凝胶后成膜,经牵引绕于绕丝轮上备用。溶液纺丝是向纤维空心部分供液体,其成孔原理主要是在丝条凝固过程中,溶剂与非溶剂发生双扩散,使聚合物溶液变为热力学不稳定状态,既而发生液液或固液相分离,聚合物富相固化构成膜的主体,而聚合物贫相则形成所谓的孔结构,形成内外表面为致密层,内部有指状孔结构作为支撑层的纤维膜。 1. 2 熔融纺丝法 A 熔融纺丝拉伸法述 所谓熔融纺丝-拉伸法(MSCS)是指将聚合物在高应力下熔融挤出,在后拉伸过程中,使聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔,然后通过热定型工艺使孔结构得以固定。就其致孔机理而言,即聚合物之间相容性的差异将导致其共混物在熔融纺丝制膜过程中形成相界面,在拉伸过程中,共混物组分之间将在相应位置沿拉伸方向发生界面相分离,拉伸过程中形成了大量的微孔结构。 B. 热致相分离法 热致相分离法(TIPS)即为因温度的改变而驱动导致相分离致孔过程。其致孔机理的理论基础是聚合物/溶剂二元体系的相分离热力学,通过改变体系温度控制不同聚合物/稀释剂体系发生相分离, 从而形成微孔结构。 1. 3 半熔融纺丝 半熔融纺丝是向纤维中心供气,纺丝料液从贮桶经计量泵、过滤器后,进入喷口呈环形的喷丝板,喷出的中空纤维可直接进入凝胶浴或先进入挥发通道,使纤维冷却(或受热)或部分溶剂挥发后进入凝胶浴,再经漂洗干燥后,收集在滚筒上。此方法适用于三醋酸纤维素(CTA)制备中空反渗透膜或纳滤膜。 2 新型中空纤维膜材料的研究进展 2. 1 聚砜类 A 聚砜 聚砜(PS)为材料的中空纤维膜组件,聚砜膜有机械强度高、分离性好、抗溶胀、耐细菌侵蚀等优点, 是广泛使用的最好的基膜材料之一,用其制成的中空纤维超滤膜已广泛应用于浓缩、分离、提纯、精制、回收等领域。但由于聚砜中空纤维膜具有表面亲水性能低、易污染、以及较小孔径膜的难以制备等缺点,因此其使用范围受到限制。为改善其表面性能,科研人员对其进行了大量的研究:将聚砜膜材料进行混合改性,改变膜的表面性质,提 高膜的亲水性和耐污性能; 或者采用不同种类的醇对聚砜中空纤维基膜进行预处理,研究了醇处理对膜性能的影响;利用聚砜中空纤维膜内表面作为接枝层,进行动态表面光接枝聚合反应的研究,改善膜的亲水性和截留率。 B 聚醚砜 聚醚砜(PES)又称聚苯醚砜,是一种综合性能优良的聚合物膜材料。 由于聚醚砜有着十分优异的生物相容性,不易产生凝血、溶血等不良反应,是优良的第三代透析膜材料。因此常作为超滤、过滤膜的材料。由于聚醚砜中空纤维膜性能受到纺丝制备条件等多种因素的影响,因而长期以来受到人们的关注。科研人员在制备聚醚砜中空纤维膜的中,研究了PES浓度和不同的填充液对膜结构和性能的影响;尝试采用自由基聚合反应制备了丙烯酸接枝改性的聚醚砜中空纤维渗透膜,可以调节膜的选择性和通量。 2.2 芳香杂环类 聚酰亚胺(PI)是一类具有良好化学稳定性和热稳定性的高分子材料,它由芳香二元酸酐和二元胺