CN109806779A - 一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，首先将制备中空纤维纺丝原液的各原料组分按一定比例加入到含有搅拌器的容器中，在室温下搅拌均匀，再经过过滤、脱泡处理后制得纺丝原液；将制得的纺丝原液用计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，初生纤维在空气中经过1‑20cm的距离后于低温1‑12℃水浴中凝固成型，再经收丝轮牵伸卷绕后得到中空纤维；将制得的中空纤维水洗2‑4天，再经溶剂交换、干燥处理后得到中空纤维气体分离膜。该方法制备简便、容易操作、气体选择分离性能高，且易实现产业化。

Description

一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法。

背景技术

聚醚砜(Polyethersulfone,PES)又称聚苯醚砜或聚芳醚矾，是一种综合性能优异的热塑性高分子材料，是目前得到应用的为数不多的特种工程塑料之一，被誉为第一个综合了高热变形温度、高冲击强度和优良成型性的特种工程塑料。

利用聚醚砜中空纤维来进行气体分离的报道很多，而根据现有技术的方案，聚醚砜中空纤维纺丝过程中使用的凝固浴温度一般是常温(25℃)，这样所得到的中空纤维膜很难同时保持氧气与氮气、二氧化碳与氮气以及二氧化碳与甲烷的高选择性，应用范围受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，该方法制备简便、容易操作、气体选择分离性能高，且易实现产业化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，所述方法包括：

步骤1、将制备中空纤维纺丝原液的各原料组分按一定比例加入到含有搅拌器的容器中，在室温下搅拌均匀，再经过过滤、脱泡处理后制得纺丝原液；

步骤2、将制得的纺丝原液用计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，初生纤维在空气中经过1-20cm的距离后于低温1-12℃水浴中凝固成型，再经收丝轮牵伸卷绕后得到中空纤维；

步骤3、将制得的中空纤维水洗2-4天，再经溶剂交换、干燥处理后得到中空纤维气体分离膜。

在步骤1中，各原料组分包括聚醚砜、溶剂与成孔剂，并按照如下重量比例混合：

聚醚砜20-37％；溶剂40-70％；成孔剂0.5-25％。

所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂中的一种或多种。

所述成孔剂包括一缩二乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮与聚乙二醇中的一种或多种。

在步骤2中，纺丝溶液的挤出速度为1-10ml/min；收丝轮卷绕速度为5-20m/min。

在步骤2中所得到的中空纤维的外径为300-900μm，内径为200-600μm。

在步骤3中所得到的中空纤维气体分离膜采用硅橡胶涂覆。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法制备简便、容易操作、气体选择分离性能高，且易实现产业化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、将制备中空纤维纺丝原液的各原料组分按一定比例加入到含有搅拌器的容器中，在室温下搅拌均匀，再经过过滤、脱泡处理后制得纺丝原液；

在步骤1中，各原料组分包括聚醚砜、溶剂与成孔剂，并按照如下重量比例混合：

聚醚砜20-37％；溶剂40-70％；成孔剂0.5-25％。

具体实现中，所采用的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂中的一种或多种。

所采用的成孔剂包括一缩二乙二醇(二甘醇)、聚乙烯吡咯烷酮与聚乙二醇中的一种或多种。

步骤2、将制得的纺丝原液用计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，初生纤维在空气中经过1-20cm的距离后于低温1-12℃水浴中凝固成型，再经收丝轮牵伸卷绕后得到中空纤维；

在该步骤中，纺丝溶液的挤出速度为1-10ml/min；收丝轮卷绕速度为5-20m/min。

所得到的中空纤维的外径为300-900μm，内径为200-600μm。

步骤3、将制得的中空纤维水洗2-4天，再经溶剂交换、干燥处理后得到中空纤维气体分离膜。

具体实现中，所得到的中空纤维气体分离膜可以采用硅橡胶涂覆，该中空纤维气体分离膜可以用于氧气与氮气的分离、二氧化碳与氮气的分离以及二氧化碳与甲烷的分离。

下面以具体的实例对上述制备过程进行详细描述：

实施例1、将聚醚砜28克，N-甲基吡咯烷酮57克，二甘醇15g加入到带有搅拌器的容器中，在室温下搅拌使其充分溶解，经过滤脱泡成纺丝原液。

采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出；纺丝液挤出速度为3ml/min；初生纤维在空气中经3cm的距离，在温度为7℃水浴中凝固成型；收丝轮卷绕速度为8m/min，得到聚醚砜中空纤维气体分离膜。

纤维外径为570μm，内径为280μm。经过后处理的聚醚砜中空纤维制作的膜组件，氧气与氮气的选择性为7，二氧化碳与氮气的选择性为47，二氧化碳与甲烷的选择性为40。

实施例2、将聚醚砜28克，N-甲基吡咯烷酮55克，二甘醇17g加入到带有搅拌器的容器中，在室温下搅拌使其充分溶解，经过滤脱泡成纺丝原液。

采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出；纺丝液挤出速度为3ml/min；初生纤维在空气中经3cm的距离，在温度为6℃水浴中凝固成型；收丝轮卷绕速度为8m/min，得到聚醚砜中空纤维气体分离膜。

纤维外径为670μm，内径为300μm。经过后处理的聚醚砜中空纤维制作的膜组件，氧气与氮气的选择性为5，二氧化碳与氮气的选择性为40，二氧化碳与甲烷的选择性为30。

实施例3、将聚醚砜30克，N-甲基吡咯烷酮55克，二甘醇15g加入到带有搅拌器的容器中，在室温下搅拌使其充分溶解，经过滤脱泡成纺丝原液。

采用两个同心圆的中空纤维喷丝头，将纺丝原液压滤，用计量泵经喷丝头挤出；纺丝液挤出速度为3ml/min；初生纤维在空气中经3cm的距离，在温度为6℃水浴中凝固成型；收丝轮卷绕速度为8m/min，得到聚醚砜中空纤维气体分离膜。

纤维外径为660μm，内径为240μm。经过后处理的聚醚砜中空纤维制作的膜组件，氧气与氮气的选择性为6，二氧化碳与氮气的选择性为34，二氧化碳与甲烷的选择性为22。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、将制备中空纤维纺丝原液的各原料组分按一定比例加入到含有搅拌器的容器中，在室温下搅拌均匀，再经过过滤、脱泡处理后制得纺丝原液；

步骤2、将制得的纺丝原液用计量泵经两个同心圆的中空纤维喷丝头挤出，初生纤维在空气中经过1-20cm的距离后于低温1-12℃水浴中凝固成型，再经收丝轮牵伸卷绕后得到中空纤维；

步骤3、将制得的中空纤维水洗2-4天，再经溶剂交换、干燥处理后得到中空纤维气体分离膜。

2.根据权利要求1所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，在步骤1中，各原料组分包括聚醚砜、溶剂与成孔剂，并按照如下重量比例混合：

聚醚砜20-37％；溶剂40-70％；成孔剂0.5-25％。

3.根据权利要求1或2所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，

所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜溶剂中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，

所述成孔剂包括一缩二乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮与聚乙二醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，在步骤2中，纺丝溶液的挤出速度为1-10ml/min；收丝轮卷绕速度为5-20m/min。

6.根据权利要求1所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，在步骤2中所得到的中空纤维的外径为300-900μm，内径为200-600μm。

7.根据权利要求1所述聚醚砜中空纤维气体分离膜的制备方法，其特征在于，

在步骤3中所得到的中空纤维气体分离膜采用硅橡胶涂覆。