针织物复合中空超滤膜的制备与研究
全氟磺酸--聚四氟乙烯中空纤维复合膜的制备及其应用基础研究
全氟磺酸--聚四氟乙烯中空纤维复合膜的制备及其应用基础研究1. 引言1.1 概述本篇文章旨在研究全氟磺酸-聚四氟乙烯中空纤维复合膜的制备方法及其应用基础。
全氟磺酸作为一种高性能离子液体，具有很大的应用潜力。
而聚四氟乙烯作为一种极具化学稳定性和耐高温性能的材料，已经被广泛应用于各个领域。
本研究旨在探索将这两种材料结合起来，制备出更加优异性能的中空纤维复合膜。
1.2 文章结构本篇文章分为引言、正文、实验方法、结果与分析以及结论与展望五个部分。
1.3 目的通过对全氟磺酸-聚四氟乙烯中空纤维复合膜制备过程的深入分析，我们希望能够揭示其内在机理，并评估该复合膜在不同应用领域的潜力。
此外，我们还将探讨不同实验方法对复合膜性能的影响，并提出未来的发展方向与展望。
通过这些研究，我们希望能够为该领域的进一步研究提供基础理论和实践指导，以推动全氟磺酸-聚四氟乙烯中空纤维复合膜在各个领域的应用。
2. 正文本研究旨在探索全氟磺酸--聚四氟乙烯中空纤维复合膜的制备方法及其应用基础。
针对该主题，我们将文章正文部分分为以下几个方面进行讨论。
2.1 聚四氟乙烯中空纤维的制备方法在这一部分，我们将介绍聚四氟乙烯中空纤维制备的原理和方法。
首先，我们会简要介绍聚四氟乙烯材料的特性及其在膜技术领域的应用。
然后，我们会详细介绍中空纤维技术，包括相内非溶剂法、吸附法、相扩散法等常用的中空纤维制备方法，并比较它们的优缺点。
2.2 全氟磺酸对聚四氟乙烯中空纤维膜性能的影响这一部分将重点探讨全氟磺酸添加剂对聚四氟乙烯中空纤维膜性能的影响。
我们会阐述不同添加剂含量对膜孔径、渗透性能以及化学稳定性的影响，并进行相关实验数据的分析和解读。
此外，我们还将讨论全氟磺酸对膜表面亲水性的改善作用以及其对阻垢效果的影响。
2.3 聚四氟乙烯中空纤维复合膜在水处理领域的应用在这一部分，我们将探讨聚四氟乙烯中空纤维复合膜在水处理领域的应用潜力。
具体包括该复合膜在反渗透、超滤、微滤等水处理过程中的性能及应用前景。
中空纤维膜的制备及性能研究综合实验设计
中空纤维膜的制备及性能研究综合实验设计【摘要】通过对综合实验“中空纤维膜的制备及性能研究”教学过程的设计，介绍了如何在环境、化工类学生中开展综合实验，提高学生的学习兴趣，培养学生综合运用基础知识与技能解决实际问题的能力。
【关键词】综合实验；中空纤维膜；聚偏氟乙烯在环境与化工相关学科中开展综合实验是目前化学实验教学改革的一个重要趋势。
通过综合实验的开展，不仅可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，而且还能培养学生的创新能力。
我校在中空纤维膜的研究方面已有三十多年的历史，在全市乃至全国都有重要的影响力，其所属环境科学与工程是天津市重点学科，签于此我院于2012年在环境工程、应用化学和化学工程与工艺三个本科专业中开设了“膜材料与膜过程”课程，拓展了学生的知识面，取得了非常好的效果。
为了巩固课堂教学成果，强化学生对膜技术的认识，特开设了“中空纤维膜的制备及性能研究”综合实验。
本文以此综合实验为例，以应用实践型人才培养模式为目标，设计新的综合实验项目，培养学生应用膜技术解决环境、化工领域中相关问题的能力，为今后从事相关领域的工作奠定了基础。
1. 实验目的与原理1.1 实验目的通过纺丝液的制备、脱泡、中空纤维的成型、后处理以及性能检测等一系列实验过程，使学生充分了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程，掌握制备中空纤维膜的基本原理及实验操作技术，熟练实验室用中空纤维膜组件的制作方法以及水通量的测试方法。
该实验涉及材料学、化工分离、机械工程、环境工程等多个学科，重点掌握中空纤维膜制备过程中相平衡、相分离、相转化引发膜孔形成的过程，最终可完成对学生综合化学实践应用技能的训练和培养。
1.2 实验原理中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和热致相法。
本综合实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和致孔剂组成的铸膜液用计量泵从釜中料液抽出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。
综合实验-中空纤维膜的制备
中空纤维膜的制备及性能检测一、实验目的1、掌握制备中空纤维膜的基本原理及实验操作技术；2、了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程；3、掌握简易的实验室用中空纤维膜组件封装的操作技术；4、掌握中空纤维膜渗透通量和截留量的测试方法；二、实验原理（一）中空纤维膜的概述中空纤维膜（hollow fiber membrane）是一类外形像纤维状，具有自支撑作用的膜，是分离膜领域的一个重要分支，是非对称膜的一种。
致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜，也可位于纤维的内表面（微滤膜，纳滤膜和超滤膜），体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。
与平板膜等其他形式的膜相比较，具有无需支撑体、组件填充密度高、设备结构简单等特点，已被广泛应用于液体及气体混合物的分离。
（二）中空纤维膜的制备中空纤维膜的典型制备方法有：湿法、熔融法、干-湿法和热致相法。
本实验采用干-湿法纺丝工艺，其过程如下：1）、将过滤后的由聚合物、溶剂和致孔剂组成的铸膜液利用氮气将釜中的料液压出，从环形喷丝头（常用喷丝头及其断面结构如图1所示）的缝隙中挤出；2）、过一定时间后将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中细流扩散；3）、膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步的进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。
图1 喷丝头及其断面示意图膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。
主要工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。
（三）中空纤维膜的性能膜的性能包括物理化学性能和分离透过性能。
膜的物理化学性能是指承压性、耐温性、耐酸碱性、抗氧化性、耐生物与化学侵蚀性、机械强度、膜的厚度、含水量、毒性、生物相容性、亲水性和疏水性、孔隙率、电性能、膜的形态结构以及膜的平均孔径等。
中空纤维膜制备技术研究
中空纤维膜制备技术研究中空纤维膜是一种高性能的膜分离技术，其制备技术也得到了越来越广泛的研究和应用。
这种纤维膜具有许多独特的性质，如高通量、高选择性、耐污染等，因此被广泛应用于水处理、污水处理、生物制药等领域。
本文介绍了中空纤维膜的制备技术及其应用研究进展。
一、中空纤维膜的制备技术目前中空纤维膜的制备技术主要包括干相法、湿相法、界面聚合法和相转移法等。
干相法是采用无机盐溶液中的有机聚合物为原料，在高温干燥条件下制备中空纤维膜。
这种方法可以制备具有高纤维密度和强度的中空纤维膜，但需要高温条件，易造成成本的增加和纤维微细结构破坏。
湿相法是采用有机溶剂与水相配合，形成溶剂-非溶剂相互作用界面，通过界面聚合聚合纤维素和聚酰胺等高分子材料。
这种方法因操作简单、可重复性较好和成本较低而得到广泛应用，但是由于有机溶剂的使用，易造成严重的环境污染问题。
界面聚合法是通过交替沉积阴阳离子在中空纤维膜外表面形成的层间结构，使得膜表面具备高通透性和高选择性。
这种方法适用于制备具有高纤维密度和客户化成分的中空纤维膜，但是需要更高的加工难度。
相转移法是通过悬浮纳滤和射出法形成的包覆壳层技术，可以制备出具有高性能的中空纤维膜。
这种方法制备的中空纤维膜具有高通量、高效性和良好的机械稳定性。
这种方法可以通过调整纤维孔隙大小、壳层厚度和表面特性，来满足特定应用场景的需求。
二、中空纤维膜的应用研究进展中空纤维膜具有广泛的应用前景。
在水处理领域，中空纤维膜已经得到了广泛的应用。
例如，在海水淡化、废水处理、污水处理等领域中，中空纤维膜已经成为一种重要的膜分离技术。
在生物制药领域，中空纤维膜也得到了广泛的应用。
例如，在血液制品和疫苗制造过程中，纤维膜具备高度的稳定性和生物相容性，可以有效地去除杂质和病原体。
在食品加工领域，中空纤维膜也得到了应用。
例如，在果汁浓缩和分离、脱脂牛奶的制作中，纤维膜可以有效地分离不同组分，提高生产效率。
在化学工程领域，中空纤维膜也具备广泛的应用潜力。
中空纤维膜工作原理
中空纤维膜工作原理
中空纤维膜是一种用于膜分离过程的膜材料，其工作原理是通过膜的微孔（也称为孔径）来实现物质分离。
中空纤维膜由聚合物材料制成，具有中空管状结构，内部有一系列的微孔。
当混合物（例如水溶液）通过中空纤维膜时，根据溶质的大小和性质，溶质分子可以被分离。
较小的溶质分子可以穿过微孔并通过膜的内部进一步传递，而较大的溶质分子则无法通过微孔，被阻挡在膜表面。
这种分离过程基于一系列传质机制，其中包括纳滤、超滤和逆渗透。
纳滤是指通过选择性阻挡较大分子和颗粒来分离较小分子的过程。
超滤则将分子根据其分子量和形状的不同分开。
逆渗透则是通过产生高压使溶质逆向移动，从而分离出溶质。
这些机制可以根据溶质和溶剂的性质以及应用需求进行调节。
中空纤维膜广泛应用于水处理、污水处理、饮料生产、生物医药等领域，具有高效、可靠、可控制的优点。
其工作原理的理解对于膜分离技术的应用和优化具有重要意义。
聚砜中空纤维超滤膜的制备及其性能的分析.pdf
表３—４：以ＰＶＰ为添加剂的中空纤维膜的各成分组成表
ＰＶＰ（％）ＰＳＦ：ＤＭＡＣ
６％８％１０％１２％１４％１６％１６：７５１６：７５１６：７５１６：７５１６：７５１６：７５
３．２．１．１ＰＶＰ浓度对聚砜中空纤维膜渗透，陛能的影响
聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）是水溶性的高分子添加剂，它的添加不仅提高膜的亲水性，可以减少因溶质在膜表面的吸附和沉积而造成的膜污染，还改变了制膜液相平衡关系，从而影响成膜的结构和性能。
ＰＶＰ浓度对中空纤维膜渗透性能的影响如图３．４所示，随着ＰＶＰ浓度的增加，纯水通量显著上升，而截留率下降。
一方面，ＰＶＰ和ＰＳＦ为非相容性聚合物，由于ＰＶＰ的加入，将会在皮层形成更多的聚集体孔，而且随着ＰＶＰ浓度增加，其在纺丝液中形成的聚集体会增大、增多，使表层的孔隙率增加，从而降低膜的阻力，使水通量上升，截留率下降【５６】。
摹
宙
ｒＶＰｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（％）
图３—４：ＰＶＰ浓度对中空纤维膜渗透性能的影响
另一方面，ＰＶＰ是亲水性表面活性剂，使纺丝溶液的表面张力降低，当纺丝溶液进入凝固浴后，凝固浴中的非溶剂迅速进入纺丝溶液，在中空纤维膜皮层形成贯通孔，且易导致大孔的生成，且皮层变薄，因此膜的纯水通量提高，截留率下降。
２８。
中空纤维膜制备
中空纤维膜是一种具有微孔结构的薄膜材料，广泛应用于分离、过滤、脱水等领域。
制备中空纤维膜的方法主要包括干喷法、浸渍-凝固法和热敏凝聚法等。
以下是其中一个常见的方法——浸渍-凝固法的工艺流程：
1. 材料准备：首先准备所需的聚合物溶液，通常选择聚酰胺、聚醚硫醚、聚丙烯等具有较好溶解性和拉伸性的聚合物作为原料。
同时，还需要溶剂、添加剂等辅助材料。
2. 纺丝成型：将预先制备好的聚合物溶液通过纺丝装置拉丝，形成中空纤维结构。
在这一步中，可以通过不同的纺丝技术控制纤维的直径和孔隙结构。
3. 浸渍-凝固：将纺丝形成的中空纤维在混凝剂（通常是非溶剂）中进行浸渍，使得纤维内外的溶剂浓度差异导致聚合物凝固析出。
通过控制浸渍时间和混凝剂成分，可以调控中空纤维的孔隙结构和分布。
4. 固化处理：经过浸渍-凝固后的中空纤维需要进行固化处理，通常是通过烘干和热处理来使其机械强度和稳定性得到提高。
5. 收集与整理：将制备好的中空纤维膜进行收集和整理，通常是卷绕或者堆叠的方式，以便后续的加工和使用。
需要注意的是，在整个制备过程中，需要控制好各个环节的工艺参数，如纺丝速度、浸渍时间、固化温度等，以确保最终获得具有理想性能的中空纤维膜产品。
总的来说，浸渍-凝固法制备中空纤维膜工艺流程相对简单，操作容易掌握，适用于一些常见的聚合物材料，因此在实际生产中得到了广泛应用。
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2012年第2期
针织技术
自从发现了膜可在污水处理中发挥良好效果，膜科学便成为研究热点。在众多的有机高分子膜材料中，由于聚偏氟乙烯（PVDF）耐高温、韧性好、有良好的机械性能和稳定的化学性质、有良好的生物惰性和成膜能力，因此PVDF膜受到了研究者的关注［1］。但聚合物膜的强力并不能达到很多领域的应用要求，需采用纤维或织物增强体，在不影响膜渗透性能的同时，提高其力学性能。针织间隔织物能被用于膜支撑体。典型的间隔织物包含3个相对独立的层，两个外层被用于膜的附着，大量单丝纱线连接两个外层而形成的中空层用于过滤排水。这个叫做IPC膜的概念也就是具有完整渗透渠道的包围膜。通过狭缝涂覆技术涂铸膜液于间隔织物的所有层上形成膜层。第一个IPC膜是用聚醚砜树脂（PES）与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制成的，膜层具有最大达0．3μm的孔以及1500L/m2·h的渗透量。这个IPC膜在0．1MPa情况下容易反洗。第一个在膜生物反应器（MBR）上涂覆铸膜液的样品已达到MBR商品膜的水平［2］。1实验部分1．1管状针织物复合膜的制备1．1．1管状针织物的制备选用捻度为100捻/m的涤纶纱线在针织手摇横机上编织单层管状针织物。调整所需要的弯纱深度为8．5mm。1．1．2PVDF针织物复合膜的制备以二甲基乙酰胺（DMAC）为溶剂，聚乙二醇（PEG）为制孔剂，按PVDF与DMAC的质量比为20∶80来配置PVDF铸膜液，将铸膜液置于恒温水浴锅中，90℃下搅拌2h，然后将搅拌好的铸膜液静置脱泡2h待用。将管状针织物套在涂覆设备的不锈钢轨道上，将铸膜液倒入制膜盒，并将其沿着轨道自上而下运动，铸膜液涂覆于针织物上即得针织物复合膜。1．2测试与分析
1．2．1
通量测试
用常规膜通量测试仪器于室
温在0．1MPa下测定膜的水通量
。
先将复合膜在工作压力下预压
15
min
，使通量保持稳定，
然后按公式
（1）计算通量。
J=VS×t（1
）
式中：V为通过水的体积，L；S为膜
面积，m2；t为测试时间
，h。
1．2．2
断裂强力的测定
采用美国Instron公司3369型
万能强力仪，参照标准
GB/T3923．1
—
1997《纺织品织物拉伸性能第1
部分：断裂强力和断裂伸长率的测
定条样法》测试样品的力学性能
。
样品分别为干湿状态下的
PVDF
单膜、管状涤纶纤维针织物、针织
复合膜。测试温度为20℃，拉伸速
度为50mm/min，夹持长度为
50
mm，选择最大载荷为1000N
的夹
头，试样几何形状设置为管状，外
针织物复合中空超滤膜的制备与研究
郭鑫1，2，李娜娜1，2，宋广礼1，2，牛路苹1，2，胡晏平1，2，王键
1，2
（1.天津工业大学纺织学院，天津300387；
2.广州纤维产品检测院，广东广州510220
；
3.天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津300387
）
摘要：采用狭缝涂覆的方法在管状针织物表面涂覆聚偏氟乙烯铸膜液，制备出针织物增强PVDF复合
膜，并讨论了该复合膜的水通量以及力学性能。结果表明：针织物增强PVDF复合膜渗透性能良好，水通量
稳定在290L/m2·h；具有针织物增强体的PVDF膜力学性能显著增加，说明通过复合管状针织物可使
PVDF膜的力学性能得到改善，有助于PVDF
膜的推广应用
。
关键词：PVDF膜；针织物；涂覆；渗透性能；力学性能
中图分类号：TS186.5文献标志码：A文章编号
：1000-4033（2012）
02-0015-02
基金项目
：
天津市高等学校科技发展基金计划项目
（20100310）。
作者简介
：
郭鑫（1988—），男，本科。主要从事纺织品检测与标准推广工作
。
15
··
2012年第2期
针织技术
径为6．6mm，内径为
4．3mm
。
2
结果与讨论
2．1
渗透性能
图1所示为针织复合膜内外表
面的SEM图像，其中，图1a中观察
到的为致密无孔的PVDF膜，图
1b
中观察到支撑体针织物的线圈结构
以及渗入支撑体内部PVDF铸膜液
所形成的不完整膜及颗粒，这可能
与针织物线圈结构有关。在水通量
测试过程中，外层PVDF膜可渗透
过的水溶液，内层支撑体针织物的
渗透通道不会对其有阻碍。总之，管
状针织物的支撑对PVDF膜的渗透
性能基本没有影响。图2所示为
PVDF
膜与针织复合膜水通量的测
试结果，从图中可知针织物支撑之
后的复合膜的水通量与单独的
PVDF
膜相比差距不大，依然稳定
在290L/m2·h。因此，可认为针织复
合膜的渗透性能在商用上的表现已
经达到了PVDF单膜的水平
。
2．2
力学性能
2．2．1
断裂强力
从图3PVDF单膜、单独织物
以及针织复合膜在干、湿态条件下
的断裂强力，可以看出：PVDF单膜、单独织物以及针织复合膜在湿态下断裂强力分别为10.94N、691.06N、830.19N，PVDF单膜的断裂强力很低，机械性能较差，使用时容易折断。但与支撑体针织物复合之后，断裂强力增加了7488.57%。因此，复合膜在过滤领域的应用更广泛。湿态下的PVDF单膜断裂强力相较于干态下有所上升，但幅度不大；而干湿态下的单独织物以及针织复合膜没有明显变化，这可以说明复合膜在用作过滤材料时，干、湿态条件对其强力影响很小。2．2．2断裂伸长从图4PVDF单膜、单独织物以及针织复合膜在干、湿态条件下的断裂伸长率，可得看出：
几种样
品在湿态下的断裂伸长率依次增
加且增幅明显，分别为
12.51%
、
75.44%、113.91%，在PVDF
膜内加
入管状针织物作为支撑使得膜的
韧性增加，机械性能增强
。
湿态下的PVDF单膜断裂伸
长率相较于干态下有所下降，降幅
接近50%；湿态下的管状针织物断
裂伸长率较干态下有微小下降；湿
态下的复合膜断裂伸长率相较于
干态下有明显上升，升幅接近
13%
。
同样此项性能在干湿态下的
表现不会影响复合膜的使用
。
3
结论
3．1
针织物复合膜的过滤性能不
会因为加入了管状针织物支撑体
而减弱。由于针织物复合膜外层膜
致密，内部支撑体针织物的孔隙远
远大于外层PVDF不会对水溶液
进行阻留，所以针织物复合膜的水
通量稳定在
290L/m2·h
。
3．2单独的PVDF
膜的断裂强力
很低，机械性能比较差。在与支撑
体针织物复合之后的断裂强力增
加7488．57％。在复合了针织物
之后其断裂伸长率也有明显上升
，
可以说膜的韧性更加强，变形能力
增强。这使复合膜在过滤领域的应
用更广泛
。
参考文献
［1］李娜娜，肖长发，
安树林
.PVDF/PVA
共混膜的研究［J］.功能材料
，2007，
38
（12）：
1975-1980．
［2］DOYENW，MUESW，
MOLEN-
BERGHSB，etal.Spacerfabricsup-
portedflat－sheetmembranes：Anewera
offlat－sheetmembranetechnology［J］.
Desalination，2010，250（3）：1078-
1082．
收稿日期2011年6月22日
（a）针织复合膜的外表面（b）
针织复合膜的内表面
图1针织复合膜表面SEM图
300250200150100500PVDF膜复合膜膜水通量/（L·m-2·h-1）试样图2针织物支撑对膜水通量的影响900图3干、湿态条件下3种样的断裂强力8007006005004003002001000断裂强力/N123456注：1.干PVDF膜；2.湿FVDF膜；3.干织物；4.湿织物；5.干合成膜；6.湿合成膜。注：1.干PVDF膜；2.湿FVDF膜；3.干织物；4.湿织物；5.干合成膜；6.湿合成膜。图4单膜、织物、复合膜在干、湿态条件下断裂伸长率对比120
100
80
60
40
20
0
断
裂
伸
长
率
/
%
6
54321
16
··