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第一节 中空纤维膜的简介
中空纤维膜是指外形像纤维状,具有自支撑作用的膜。中空纤维膜是以聚砜、二甲基乙酰胺为原料加工成中空内腔的纤维丝,再除以高渗透性聚合物,具有选择性渗透特性。(立项申请)
第二节 中空纤维膜的制备方法
与其他形式的膜相比,中空纤维膜具有以下几个突出优点:(1)膜的填充密度大,一般为 1.6×104 ~ 3×104 m2/m3;(2)膜为自承式,无需任何支撑体,价格便宜;(3)单个膜组器的回收率高,通常对水的回收率为 35% ~ 65%。中空纤维膜内径一般为 25 ~ 350 µm,外径为 80 ~ 1 000 µm,中空纤维膜的几何尺寸可根据分离体系的组成、浓度、膜材质、纺丝工艺等具体条件而定,并根据不同的分离特性制成反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微孔滤膜和渗透汽化复合膜。
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,其工艺特点分别如下。
(1)溶液纺丝
按制膜液的组成和配比配置纺丝液,经熟化脱泡后,加压通过喷丝头挤出纺丝,再经溶剂挥发、凝胶、漂洗、收集、性能检测后成为成品膜。按纺丝方式不同可分为干纺和湿纺 2 种,在实际纺制过程中,可将二者结合,采用喷丝后先经溶剂挥发,后凝胶成膜的方法,即常说的干喷湿纺法。
(2)熔融纺丝
将高聚物加热熔化,加压使聚合物熔融从喷丝头挤出,冷却成形。此法制的是均质膜,透水量小,但经熔融纺丝 �C 拉伸后可制成微孔滤膜。如将聚丙烯聚合物加热至熔融挤出,计量熔纺成初生态中空丝,然后再将丝在熔点以下 10 ~ 15 ℃冷却成形,接着冷热连续拉伸 50% ~ 60%,最后在低于其熔点的温度下热定形即得聚丙烯中空纤维微孔滤膜。
(3)半熔融纺丝
用三醋酸纤维素(CTA)制备中空反渗透膜或纳滤膜时,采用了半熔融纺丝工艺。因为CTA的玻璃化温度大约为 170 ~ 180 ℃,热稳定性较好,但并无确切的熔融温度,当达到熔化温度时便开始分解,因此只能采用半熔融纺丝或凝胶纺丝法。半熔融纺丝法中,CTA的浓度一般为 35% ~ 55%,最高时可达 80%,高于溶液纺丝。
纺丝料液从贮桶经计量泵、过滤器后,进入喷丝板,喷丝板的喷口呈环形,因此喷出的纤维是中空的。为了不使纤维塌瘪,由供气系统向纤维的空心中供气;喷出的纤维可直接进入凝胶浴,也可先进入挥发通道,使部分溶剂挥发或使纤维冷却(或受热)后进入凝胶浴;然后经漂洗浴漂洗,再经干燥箱干燥后,收集在滚筒上。半熔融纺丝是向纤维中心供气,而溶液纺丝则是向纤维空心部分供液体。
第三节 中空纤维膜的技术应用
超滤是一种以筛分为分离原理,以压力为推动力的膜分离过程,过滤精度在0.005-0.01μm范围内, 可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。
早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤膜技术的应用领域已经很广,主要包括食品工业、饮料工业、乳品工业、生物发酵、生物医药、医药化工、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收以及环境工程等等。 原水在中空纤维外侧或内腔加压流动,分别构成外压式与内压式中空超滤膜。超滤是动态过滤过程,被截留物质可随浓缩液排除不致堵塞膜表面,可长期连续运行。
超滤膜按结构型式分为板框式(板式)、中空纤维式、纳米膜表超滤膜、管式、卷式等多种结构。其中,中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径0.4-2.0mm,内径0.3-1.4mm,中空纤维管壁上布满微孔,孔径以能截留物质的分子量表达,截留分子量可达几千至几十万。
超滤过程无相转化,常温下操作,对热敏性物质的分离尤为适宜,并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能,能在60℃ 以下,pH为2-11的条件下长期连续使用。
通过膜技术进行水处理,应用于制药、酿造、餐饮、化工、市政污水回用、医院、小区污水回用、造纸等生产生活污水处理。膜分离技术是一种广泛应用于溶液或气体物质分离、浓缩和提纯的分离技术。膜壁微孔密布,原液在一定压力下通过膜的一侧,溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液,而大分子溶质被膜截留,达到物质分离及浓缩的目的。膜分离过程为动态过滤过程,大分子溶质被膜壁阻隔,随浓缩液流出,膜不易被堵塞,可连续长期使用。过滤过程可在常温、低压下运行,无相态变化,高效节能。 中空纤维膜是分离膜的一种重要形式,膜产品包括中空纤维微滤膜(MF)、中空纤维超滤膜(UF)、中空纤维反渗透膜(RO)、中空纤维帘式膜(FPM)等以及MBR技术的应用,主要应用于矿泉水净化、生产生活用水净化、医药提纯、果汁浓缩、造纸电镀化工等污染行业水处理与回收、城市污水回用等医药、化工、建筑、纺织、造纸、石化等行业。
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