提供了多元聚合物混合物，其包括疏水聚合物、两种不同等级的水溶性聚合物、作为非溶剂的水和适合于所涉及的所有聚合物的溶剂。该溶解的疏水聚合物具有亲和性以陷入该水溶性聚合物中以形成清澈的粘性浓液。依照其分子量分布的组成，水溶性聚合物有助于该孔形成过程和最终凝固的膜的亲水性。作为非溶剂的水将该浓液带到距不稳定的区域非常近，这有助于加速在扩散诱发相转化技术中的成膜过程。然后将该浓液纺丝通过同心孔喷丝头并通过将其通过凝固浴而固化以形成甚至在较高的进料浊度的情况下也具有优越的透水性和分离特征的超滤级中空纤维不对称膜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方案涉及多元聚合物浓溶液，由其能够在流出物循环的环境友好工 艺中制备不对称且亲水的超滤级中空纤维膜。
技术介绍
合成膜通常用于多种应用，包括脱盐、气体分离、细菌和颗粒过滤和透析。膜的性 质取决于其形态，即以下性质，例如横截面对称性或不对称性、孔径、孔形状和制备该膜的 聚合材料。依照反应条件、浓液组成、包括后处理工艺的其制备方法，这些膜能够是疏水或 亲水的。在用于颗粒或胶状悬浮液中时，亲水膜更不易结垢。不同孔径的膜用于不同的分 离工艺，范围逐渐从用于微滤的较大孔径，然后到超滤、纳滤、反渗透并最后降低到具有气 体分子尺寸的孔的气体分离膜。所有这些类型的过滤都是压力驱动的过程，其区别在于该 膜能够保持或通过的颗粒或分子的尺寸。通常，膜是通过首先由选定的聚合物配方和适合的溶剂制备铸膜液而制备的。在 制膜工艺中，该聚合物转化为固相。通常将该聚合物溶液浸没在由非溶剂组成的骤冷浴中 进行聚合物的沉淀。基本上选择相分离工艺制备这些膜。在相分离方法中涉及三种不同技 术1. 一种或多种组分混合物的热胶凝，2.从两种或更多种组分混合物中蒸发掉挥发性溶剂，3.向均相聚合物溶液中添加一种或多种非溶剂。基于不同的应用，合成膜的物理性状能够制成不同的种类。依照具体膜和应用的 特征，平板状、管状或非增强的中空纤维用于广泛的领域范围中。因为其高的堆积密度，这 与其它膜构造相比提供了每单位体积更高的表面积，因此中空纤维是最优选的。目前基于 中空纤维的膜受到在可维持的基础上能够达到的较低通量的限制，而且其在能够在长期操 作中容许的浊度水平方面也受到限制。本专利技术的目的是克服在目前一代的中空纤维膜中的这些限制以使得即使浊度条 件较高也能将其应用扩展到包括除去介质过滤器和澄清器的RO预处理工艺。需要在较高 的入口浊度的条件下实现高的持续通量，同时提高中空纤维用于反洗以及在爆破和伸长强 度方面的基本性质。使该中空纤维的纺丝工艺更不依赖于多种小的变量(例如温度、湿度)和对RO孔 流体组合物、胶凝浴组合物等中的极端复杂条件的需求也将是适宜的。通过在例如用于膜 纺丝的孔流体、凝胶浴空气间隙等中使溶剂的用量最小化以及将该纺丝工艺中所用的大部 分水循环利用而使该工艺环境友好也是目的。2/14 页作为该工艺的一部分，该流出物水受到溶剂和痕量PVP的污染。将该流出物通过 膜生物反应器工艺处理并将所有水循环回到系统中以使其成为环境友好的工艺。
技术实现思路
本专利技术涉及多元聚合物溶液的制备工艺，其能够使用作为添加剂的两种或更多 种不同等级的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、作为非溶剂的水(H2O)和选自N-甲基吡咯烷酮 (NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的组的适合溶剂相 结合，由聚醚砜(PEQ制备亲水性不对称超滤中空纤维膜。附图说明图1是如试验15中所列的由本专利技术的方法得到的中空纤维膜的横截面的扫描电 子显微照片。图2是如试验15中所列的由本专利技术的方法得到的中空纤维膜的外表面的扫描电 子显微照片。图3是中空纤维纺丝机构的示意图。该系统由装备有齿轮泵⑶的孔流体罐⑴ 和装备有齿轮泵⑷的纺丝储罐⑵组成，两者都与喷丝头(5)连接以分别供给孔流体和 浓溶液。胶凝浴(6)和铸膜罐(8)装备有导轮(7)以携带纺成纤维通过其，其是由受VFD 控制的绕线滑轮(10)拉动的。该纤维通过基于激光的尺寸监视仪器(9)然后收集(12)到 装满漂洗水的罐(11)中。图4是显示本专利技术的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表 (涉及表IV)。图5是显示本专利技术的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表 (涉及表V)。图6是显示本专利技术的中空纤维膜的渗透通量作为施加的跨膜压力的函数的图表 (涉及表VI)。图7是显示本专利技术的中空纤维膜的产物浊度作为进水浊度的函数的图表(涉及表 VII)。具体实施例方式通过相转化成膜是非常独特的且受到该组合物中各种组分的存在及其浓度的支 配。作为添加剂的该PVP容易降低聚合物在铸膜液中的溶解度。这增强了相分离的热 力学提高。但是同时溶液粘度提高，这造成相分离的动力学障碍。因此在上述具有PVP的 组合物中造成热力学增强和动力学障碍的折衷关系。使用低分子量PVP(K_30)实质上有助于得到该膜的多孔性，因为亲水性PVP容易 在相分离过程中与非溶剂水混合并从该膜基质中出来。随着其离开，产生了 PES膜体表面 的多孔性和横截面结构。在将膜干燥时显露出来的孔之间的PVP薄壁产生了较高的互连 性。而且在PVP和PES之间发生微相分层，这防止形成致密的顶层。高分子量PVP(K_90)的存在有效抑制大孔隙。大孔隙能够由核在具有高溶剂浓度的多个位置的生长产生。大孔隙的生长将会更受到稳定聚合物溶液的支配。在相分离过程 中，除了基础聚合物(此处是PEQ之外的所有其它组分都朝向胶凝浴的方向运动通过初生 纤维体。因此形成富聚合物(PEQ和贫聚合物(PVP)的相，增强该富聚合物相中粘度的显 著提高直至发生固化，这被认为是该结构形成过程的结束。在固化时，尚未达到平衡组成， 部分长链PVP(K-90)分子永久截留在该聚合物的基质中。这种截留的结果是具有亲水特征 的膜。因此，PVP(K-90)在该浓液中的作用更多的是粘性和亲水性增强剂。在本专利技术的一种实施方案中，该浓液包括具有50，000-2, 000, 000的分子量的第 一 PVP和具有10，000-100，000的分子量的第二 PVP。在优选实施方案中，该第一 PVP具有 75，000-1, 000, 000的分子量，该第二 PVP具有20，000-50, 000的分子量。在本专利技术的另一 实施方案中，该第一 PVP的量与该第二 PVP的量之比为1 6，优选1 3。聚合浓液的脱气是另一重要工艺，其需要一致地进行以除去截留的空气，其否则 能够导致在纺丝和成膜过程中形成气泡。这将会导致在纺丝过程中缺乏连续性并在该纤维 中产生弱点，在后续使用过程中存在容易损坏的易损性。但是通过仅使用亲水性聚合物制备聚合物浓液并不保证膜的良好且均勻的横截 面结构。如前所述，大孔隙的生长将会更受到稳定聚合物溶液的支配。因此为了得到具有 非常均勻的结构和一致的性质的膜，需要包括使该浓液不稳定的第四组分。水就是一种这 样的组分，其为该组合物提供了新的尺寸以制备具有增强特征的超滤膜。除其技术优点之 外，在该组合物中所用的水的量也减少了相等量的溶剂，从环境角度来看这是最适宜的。在四元系统中，对于扩散，存在两种不同的时间刻度。在纤维纺丝过程中，当在喷 丝头的尖端发生相转化时，在最初的短时间间隔(其是秒的分数)中只有溶剂和非溶剂扩 散通过聚合物链段。在此时，该疏水和亲水聚合物的互相扩散可以忽略。这两种聚合物被 认为是自由运动的组分，该分层间隙在该一秒的分数下扩大更多。这被认为是平衡状态，少 量的水造成该系统的快速分层。这种状态与该系统的浊点相符。该现象的重要方面是在溶 剂和非溶剂的相互扩散与该聚合物的可移动性相比更快时，那么形成了具有高聚合物浓度 的非常薄的表面皮层(大概少于0.1微米)。将水添加到该组合物中用于使该浓溶液非常接近于“浊点”或沉淀点。此时该组合 物非常接近于一点，在该点时任何再添加本文档来自技高网...
【技术保护点】
多元聚合物浓液，包含：极性溶剂；水；聚醚砜（ＰＥＳ）；第一聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）；和第二ＰＶＰ，所述第一ＰＶＰ的分子量大于所述第二ＰＶＰ的分子量。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·赤达姆巴兰，
申请(专利权)人：水技术国际公司，
类型：发明
国别省市：US
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