中空纤维涂敷机制备纳滤复合膜的初步研究

复合膜是目前用得最多也是很有效的高性能超滤膜、纳滤膜和反渗透膜[1]。复合膜的研究最早可追溯到70年代末JECadotte的NS-300复合膜开发[2]。自80年代以来，国际上相继开发了各种不同品牌的商品复合膜，如NF、NTR、UTC、ATP等，同时也有很多相关复合膜的专利相继问世[3]。虽然这些技术涉及或提及了以中空纤维作为基膜制备中空纤维复合膜，但实际上都不能真正得到稳定的中空纤维复合膜产品，因而至今只有平板复合膜产品[4-5]。俞三传[6]等在多孔支撑膜上通过多元胺与改性芳香多元酰氯界面缩聚复合一层芳香聚酰胺薄膜；陈火其[7]等人对平板膜连续涂覆，可连续化生产，其涂敷过程中前后绕辊转速的平衡是靠基膜张力大小来调节的，而由于中空纤维基膜抗张强度很差，极小的张力就可以使其发生拉伸、断裂，因此难以用张力来调节前后绕辊之间的转速平衡。周奕亮[8]等人介绍了一种对中空纤维的复合改性技术；黄向阳[9]等人也提供了一种制备中空纤维复合膜的方法；Ward等报道了一种中空纤维集束的复合膜制备方法。以上这些技术都是对中空纤维膜内表面实施涂覆。本文介绍一种中空纤维复合膜外涂敷机及中空纤维复合膜的制造方法和制品，该涂敷机的特点是涂覆均匀，可连续化生产，并且结构简单，所得中空纤维复合膜结构均匀，具有较好的机械强度和性能稳定的质量。1试验部分1.1涂敷机涂敷装置应用于中空纤维复合膜的制备，如图1所示。它的组成有设置在水相槽中的水泵，与水相槽依次工艺连接的喂丝辊、干燥管、反应管、受丝辊；反应管水平安装，干燥管竖直安装；喂丝辊和受丝辊分别与PLC控制器连接的2个变频调速电机连接，另外吹风装置的风速、风温也都是可以调节的。该涂敷机设置了光电传感器，很好地解决了喂丝辊连续退绕与受丝辊连续卷绕张力不协调和中空纤维基膜抗张能力差，连续生产易断裂的问题，可实现对中空纤图1涂敷机及PLC控制简易图Fig.1SchematicdiagramofcoatingmachineandPLC����PLC��������������������������������中空纤维涂敷机制备纳滤复合膜的初步研究杨盛1，2，张宇峰1，杜启云1，肖长发1（1.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室，天津300160；2.杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要：研究制备中空纤维纳滤复合膜的机器化设备-涂敷机。涂敷机应用可编程控制器（PLC）来控制喂丝辊、干燥管、反应管、受丝辊等各个部件，对喷淋时间、卷绕速度、有机相浓度等因素进行控制。试验以截流分子量为20000的聚砜中空纤维超滤膜为基膜，哌嗪水相浓度质量分数为2.0%，均苯三甲酰氯有机相浓度质量分数为0.5%，水相处理时间为40min，涂敷装置的卷绕速度控制在1.356m·min-1，界面反应温度控制在45℃，能够连续制备性能优良的中空纤维复合膜。以质量分数0.2%的硫酸镁水溶液，在0.4MPa下测试膜的性能，其脱盐率91.85%，通量30.08L·m-2·h-1。关键词：中空纤维；复合膜；涂敷；界面聚合；卷绕速度中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)04-0097-004收稿日期：2009-06-12基金项目：天津市科技发展计划项目（06YFGZSH01700）作者简介：杨盛（1983－），男，硕士研究生，研究方向为膜材料与膜过程；E-mail：yangsheng13@126.com联系作者：张宇峰，教授，博士生导师；联系电话：022-24528074；E-mail：zyf9182@tjpu.edu.cn第36卷第4期2010年4月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.4Apr.,201097维的“零张力”连续涂覆；采用该装置和界面聚合的制备方法，不但涂覆均匀，并且成本低，效率高，可连续生产涂敷均匀，质量稳定的中空纤维复合膜。涂敷机PLC控制器的工作程序控制如下，开机上电复位后，输入n0、D0、L0、V0等初始参数；启动涂敷卷绕，并不断检测所述的n1层数，依据L1/n1=L0/n0可以检出L1值（P1值）；如果n1＜n0，则PLC控制器根据n1值计算相应的卷绕和退绕角速度，从而控制变频电机的转速，实现先速度恒定V0值；当n1=n0，涂敷工作结束，设备复位，同时报警。1.2试验药品中空纤维聚砜超滤膜，截留分子量20000；六水和哌嗪（PIP），分析纯；均苯三甲酰氯（TMC）；正己烷，分析纯；硫酸镁，分析纯；硫酸钠，分析纯；氯化镁，分析纯。1.3试验步骤（1）涂敷机制造中空纤维复合膜采用界面聚合法，其制造方法和工艺过程如下：将中空纤维基膜有序地卷绕在喂丝辊上，通过喂丝辊的转动基膜在装有质量分数为0.5%～5%的哌嗪水溶液的水相