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1、沧州职业技术学院毕业论文（设计）题 目当代中空纤维膜发展的现状及前景 姓 名 专 业 医药化工 年级班级 08级 学 号 指导教师 完成日期 目 录第一章 中空纤维膜的发展现状51.1中空纤维膜的发展历史 51.2中空纤维膜的分类 51.3中空纤维膜的应用领域简介6第二章 中空纤维膜的制备技术 72.1 熔融纺丝72.1.1 熔纺中空纤维的喷丝板技术72.1.2 熔纺中空纤维的成膜方法82.2 湿法 纺 丝82.2 .1 纤维素中空纤维膜的制造9第三章 新型中空纤维膜材料的研究进展 113.1 聚砜类 113.1 .1 聚砜 113.1.2 聚醚砜113.2 芳香杂环类 113.3 含氟高分子
2、类113.4 聚烯烃类123.4 .1 聚丙烯123.4.2 聚丙烯腈123.5 纤维素类133.6 聚醚矾酮 13第四章 中空纤维膜的应用144.1 中空纤维反渗透膜144.2中空纤维超滤膜144.3中空纤维微孔过滤膜组件144.4医用中空纤维分离膜 144.5中空纤维气体分离膜 154.6中空纤维膜反应器 15第五章 中空纤维膜对水资源影响的探究及未来发展走向 175.1 对水资源的影响175.1.1 中空纤维R O膜 185.1.2 中空纤维u F 膜和M F 膜 185.1.3 M B R 废水处理 1852 发展前景 19第六章 结束语 20致谢21参考文献22中空纤维膜发展现状及前
3、景第一章 中空纤维膜的发展现状n 1.1中空纤维膜的发展历史 膜可定义为一定流体相中，有一均匀的一相或是由两相以上薄层凝聚物质将流体相分隔成了2部分，这一薄层物质被称为膜。膜分离技术是近几十年来发展起来的一门新兴多学科交叉的高新技术，利用具有特殊选择透过性的有机高分子材料或无机材料，形成不同形态的膜，并在一定的驱动力作用下，将双元或者多元组分分离或浓缩。从膜科学发展历史来看：1 8世纪中叶，A b b e N o l e t l 发现水能自然地透过猪膀胧扩散到酒精溶液内，首次揭示了膜分离现象，但由于当时人们的认识能力和科技条件的限制，人们对渗透现象的认知并没有得到发展， 直到1 8 6 4年
4、T a r u b e成功研制出人类历史上第一片人造膜一亚铁氰化铜膜。到2 0世纪中叶，由于多学科的深人发展，新型膜材料以及制膜技术的不断拓展， 各种膜分离技术才相继出现和发展。再从膜工业进展来研究：最早的工业用膜是多孔硝酸纤维素或硝酸纤维素一醋酸纤维素膜， 是在第一次世界大战后 由德国的 S a r t o r i u S制造，但仅能用于实验室规模。中空纤维膜是分离膜领域中的一个重 要分支，其中空纤维壁具有选择透过性，可以使气体、液体混合物中某些组分从内腔向外或从外向内腔透过中空纤维壁，而同时对另一些组分具有截留作用。n 1.2中空纤维膜的分类 根据膜断面的物理形态，可将膜分为对称膜、不对称
5、膜和复合膜；按照膜结构分，可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜；按照膜的分离原理又可分为电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤等；按照膜制备材料，可分为无机膜和有机膜。目前已适用化的中空纤维膜有1 0种：中空纤维反渗透膜、中空纤维超滤膜、中空纤维微滤膜中空纤、维纳滤膜、中空纤维渗透蒸发膜、中空纤维气体分离膜 、中空纤维透析膜、中空纤维离子交换膜、中空纤维缓释膜和中空纤维生物反应器。 中空纤维膜根据其制造方法的不同，可以分为以下三种类型：( 1 )均质中空纤维膜。它通常是用干纺或熔纺制成的，由于它的壁较厚，因而通量较小。( 2 )不对称中空纤维膜。它是由湿纺或干喷湿纺制成的，这种膜的特点是具有不对
6、称结构。它的表面为致密层，底部为疏松层。这种膜可用于微过滤、超滤、反渗透和透析等方面。它的通量虽然比 均质膜稍大，但仍嫌小，实际应用时操作费用高，经济效益较低。( 3 )复合中空纤维膜。它是由两步 法制备的。第一步先由湿法或干湿法纺成不对称中空丝，此纤维是一种刚性的多孔的支撑体；第二步在它的上面用浸渍涂层法或界面缩聚法复合一层致密皮层。这种膜具有比前面两种膜大许多倍的通量，且耐压性能好，是 目前最好的中空纤维膜。n 1.3中空纤维膜的应用领域简介 膜技术是 2 O世纪一门新兴技术，它以其独特的优势深入到工业领域各个方面。膜分离技术广泛应用于水处理、化工、医药、食品、饮料等行业，已成为解决当代能
7、源、资源和环境污染问题的重要技术和可持续发展技术的基础。中空纤维膜是分离膜领域中的一个重要分支，在世界上有 4 O多年的历史，我国也进行了2 O多年研究。本章小结：第二章 中空纤维膜的制备技术现有的中空纤维膜，通常是由熔融纺丝或湿法纺丝技术纺制而成。利用熔融丝或湿法纺丝技术，可以通过特殊的喷丝板及纺丝组件，使所有可纺聚合物纺成中空纤维膜。 n 2.1 熔融纺丝 熔纺中空纤维是通过特殊的喷丝板技术及合理调整纺丝工艺纺制而成的。高分子材料加热熔融成高分子熔体，通过喷丝口挤出进入纺丝甬道固化，形成初生态中空纤维膜。该法常用于制备各向同性的均质中空纤维膜。熔纺中空纤维所用喷丝板的形状与纺制常规纤维的喷
8、丝板有所不同。 2.1.1 熔纺中空纤维的喷丝板技术 纺制中空纤维膜用熔纺喷丝板主要C形、品形、双环形和双环套管形喷丝板，见图 1 。其中c形和品形喷丝板是圆弧狭缝式喷丝板。当熔体挤出喷丝板圆弧狭缝后，圆弧形熔体膨化，端部黏合形成中空腔，经细化、固化后形成中空纤维。喷丝板圆弧狭缝间隙的大小直接影响中空腔的形成：当间隙过大时，纤维中空不能闭合，只能纺出开口纤维；但当间隙过小时，熔体挤出喷丝孔后很快膨化黏合，无法形成中空腔，并且从机械强度考虑，喷丝板间隙小，强度低、易损坏。因此针对不同性质的物料，有相应适宜的喷丝板间隙的大小，挤出熔体原料的模口膨化比可以指导设计喷丝板间隙的大小，且间隙中心处宽度之
9、比略小于熔体原料的模口膨化比。喷丝孔狭缝宽度大，单孑 L 狭缝宽度大，单孔挤出量大，所纺纤维的截面积大，纤维的中空度小；单孑 L 狭缝 的宽度小，挤出量小，所纺纤维的中空度大；但狭缝太小，所纺纤维的壁太薄，中空规整度低，中空易变形。对于C形的喷丝板，间隙中心宽度相当于狭缝宽度的1 。0倍；对于品形喷丝板，间隙中心处宽度相当于狭缝宽度 的 0 8倍。一般根据产品要求和纺丝物料性能，设定喷丝板间隙和狭缝的具体尺寸。纺制中空纤维膜用熔纺喷丝板除C形和品形外，还有双环形和双环套管形喷丝板，见图1 ( c )、1 ( d )，后两种喷丝板纺得的中空纤维内外径均一，同心度好。C形和品形由于有间隙材料的支撑
10、，可以较简单地在一块喷丝板同时打制多个单孔，用于纺制束丝，产量较大。但双环形和双环套管形喷丝板由于是由多个组件组合而成，打制多孔喷丝板难度较大，大多只用于纺制单根中空纤维膜。 2.1.2 熔纺中空纤维的成膜方法 对熔纺中空纤维来说，可以在纤维膜壁产生微孔来制备微孔中空纤维膜。熔纺微孔中空纤维膜的制备主要有两种方法：传统的方法是通过高拉伸比的熔融纺丝得到的中空纤维， 在应力场中结晶，生成平行排列的片晶结构，然后在后拉伸时将片晶相互分开，形成微孔；另一种方法是热致相分离法，在较高的温度下将原料和稀释剂却过程中发生相分离，用溶剂将稀释剂提取出来，得到微孔中空纤维。也有将上述两种方法结合起来，通过应力
11、场下固 一液分离的方法 ，既得到了较好的透气性，又减少了大孔的形成，而且不会出现“ 皮层” 。 n 2.2 湿法 纺 丝 湿法纺丝纺制的中空纤维通常用作过滤用膜，常用的有纤维素中空纤维膜和聚丙烯腈 中空纤维膜。聚合物溶液通过喷丝口挤出后，直接进入凝固浴发生相变化，形成初生态中空纤维膜。该法与不对称平板膜的制造程序是一致的，可以制取各向异性的不对称中空纤维膜。通常采用双环套管形喷丝板纺制而成，喷丝板截面示意图见图 1 ( d )，其剖面示意图如图 2所示。纤维中空度的大小通过控制喷丝板中孔的大小及通人气体或流体的种类及其速度来决定。一般通过改变凝固浴组成和凝固条件来调整中空纤维微孔的孑L 混合，
12、形成均相纺丝液纺成中空纤维，在丝条冷径、空隙率和中空纤维的通量。 2.2 .1 纤维素中空纤维膜的制造 纤维素中空纤维膜的生产方法有黏胶法、铜氨法和新溶剂法。黏胶法是先将纤维素同碱 进行反应制得碱纤维素，碱纤维素同二硫化碳反应生成纤维素磺酸钠后溶解在碱液中得到黏胶溶液；铜氨法是将纤维素溶解在铜氨溶液中制得纤维素铜氨溶液；新溶剂法是将纤维素溶解在如P FD MS O( 聚甲醛- -甲基亚砜 ) 、L i C 1DMAc ( 氯化锂N，N一二 甲基 乙酰胺)、NMMO( N一甲基吗啉 一N一氧化 物)等溶剂中制得纤维素溶液。将上述制得的溶液经过滤、脱泡后在特殊的喷丝头中纺成中空纤维。上述三种方法中，铜氨法在生产中消耗大量的铜，因生产成本较高一般不采用；黏胶法在生产中产生了大量的有害物质，严重污染环境，生产流程较长，在成形过程中也不能形成均匀的中空纤维膜；新溶剂法生产中空纤 维素纤维有报道的也只有P FD MS O、L i C 1D MAc两种体系，由于这两个体系的成膜过程简单易行，成膜
