中空纤维复合纳滤膜的研究进展

第36卷第2期2016年4月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYVo1．36No．2Apr．2016中空纤维复合纳滤膜的研究进展李红宾，石文英，王薇，杜启云，张海霞(1．河南工程学院纺织学院，郑州450007；2．天津工业大学省部共建分离膜国家重点实验室，天津30O387)摘要：从基膜制备工艺、新型功能层材料、涂覆工艺和基膜与功能层间相互作用机理等4方面综述国内外中空纤维复合纳滤膜的研究进展，并对其制备方法中亟需深入研究的内容和其应用前景进行展望．关键词：纳滤；复合膜；中空纤维；界面聚合；涂覆中图分类号：TQO28．8文献标志码：A文章编号：1007—8924(2016)02—0122—11doi：10．16159／j．cnki．issnlO07—8924．2016．02．020纳滤膜是一种介于超滤(UF)膜与反渗透(RO)膜之间的新型压力驱动膜，广泛应用于海水淡化、超纯水制造、食品工业、环境保护等诸多领域，成为膜法深度水处理技术中的一个重要分支[1]．目前，大多数商品化的纳滤膜是通过二元胺与多元酰氯在平板基膜表面界面聚合得到的卷式复合纳滤膜_2]，主要有美日韩生产厂家以及我国国家海洋局杭州水处理中心(BDX)、北京时代沃顿(Vontron—VNF)．虽然中国拥有的纳滤膜相关专利数量居全球第一，但大多是应用型且集中在纳滤膜集成技术应用方面，而国外专利大多是纳滤膜本身制备技术的创新[3]，因此亟需加快纳滤膜相关制备技术的开发．复合纳滤膜具有基膜和复合层材料可以分别设计，能够在较低的压力下同时获得高的脱盐率和水通量的优点．而卷式复合纳滤膜在使用过程中，有如下缺点：(1)膜一旦被污染，不易清洗，因而对料液的预处理要求严格；(2)渗透液流体流动路径较长；(3)膜必须是可焊接或可黏结的，膜组件制备程序复杂、成本高；(4)膜元件如有一处破损，将导致整个元件失效．中空纤维复合纳滤膜结合了中空纤维和复合纳滤膜的诸多优点，成为近些年纳滤膜领域研究的一个热点_5]．图1为近10年有关中空纤维复合纳滤膜研究的文章数量走势．中空纤维膜呈自支撑结构，膜组件制备工艺简单，放大效应小，装填密度大，其预处理和维护都比卷式膜更为简单]，且膜组件多样，可以做成柱式、帘式、浸没式等，通过一定方法在膜内／J'b表皮层引入功能层即可得到中空纤维复合纳滤膜，相应得到内压型／J'b压型中空纤维复合纳滤膜．另外，中空纤维纳滤膜组件采用入水鼓气的方法很容易检出漏点及时补漏，而卷式膜则不易检漏．目前，对中空纤维复合纳滤膜的研究大多集中在分离性能的改善，主要是集中在功能层和基膜的研究，包括：选择开发新型单体]、调节基膜孔结构l8]、改善基膜性能(如机械性能、亲水性、热稳定性及化学稳定性等[9o])．另外，对涂覆工艺的研究也是中空纤维复合纳滤膜制备需要解决的问题，本文将从中空纤维复合纳滤膜基膜制备工艺、新型功能层、涂覆工艺及基膜与功能层间相互作用机理四方面，总结近些年中空纤维复合纳滤膜的研究进展．收稿日期：2015—06—19；修改稿收到日期：2015—07—14基金项目：国家自然基金青年基金项目(51403052)；河南省高校科技创新团队支持计划资助(15IRTSTHN011)；河南工程学院博士基金项目(D2015027)第一作者简介：李红宾(1985一)，男，河南新乡人，博士，讲师，主要从事新型膜材料与膜过程研究，E-mail：lihong—bin20033421@163．corn第2期李红宾等：中空纤维复合纳滤膜的研究进展700600500400婪300200100OF鹿]]E总一_’]-[--qH]●-●¨_-年份图1有关中空纤维复合纳滤膜(HFCNF)研究的文章数量走势图(Scopus2014)Fig．1Numberofarticlespublishedinjournalsonhollowfibercomposite(HFOnanofiltration(NF)membrane(Scopus2014)1基膜复合膜将两种不同性能的材料复合到一起，采用多孔支撑层提供必需的机械强度、水通量及一定范围的孔径一孔径分布，用以在其表层得到结构致密的超薄功能层提供分离性能．因此，基膜结构与性能对复合膜的性能有着重要影响．如表1所示，基膜依据种类不同多采用干湿法纺丝得到中空纤维复合纳滤膜用基膜．1．1基膜材料1978年，Filmtech公司的Cadotte首先实现了以聚砜超滤膜为基膜，由界面聚合法制得交联芳香族聚酰胺复合膜，从此聚砜被广泛用于基膜材料，制备性能优异的复合膜．近年来，随着高性能材料的出现，中空纤维复合纳滤膜用基膜材料逐渐扩展为PSf(聚砜)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PES(聚醚砜)、PAN(聚丙烯腈)、SPES(磺化聚醚砜)、PP(聚丙烯)、P