脱气膜与气态膜过程的PP中空纤维微孔疏水膜制备方法(2)
发布时间:2017-08-16
作为脱气膜过程和气态膜分离过程中常用的微孔疏水膜之一,聚丙烯(PP)中空纤维膜已分别在超纯水脱氧、脱二氧化碳,废水脱氨等领域得到规模化应用。
20世纪70年代初期,日本三菱人造丝公司首先提出的向下拉伸成孔纺制聚丙烯中空原纤的方法,开创了聚丙烯制备微孔膜的先河。进入80年代后,拉伸致孔技术发展迅速,到80年代中期开始用深冷拉伸法制备聚烯烃中空纤维膜。国外生产PP中空纤维微孔疏水膜的主要是美国3M Industrial Group公司。2015年8月27日,3M公司花10亿美元从Polypore买下来了这种膜的生产部门。3M在美国北卡夏洛特市有Celgard分公司生产连续热拉伸法PP中空纤维微孔疏水膜,主要用于电子行业高纯水的脱氧、脱二氧化碳及医疗上的人工肺(一个膜面积为1平方米的人工肺售价600美元,医院对病人的收费是3000美元)。工业用脱气膜组件(基于外径的有效面积90平米)售价约为98000元人民币。国外PP中空纤维膜价格非常昂贵。
国内PP中空纤维微孔膜的研究起步较晚,但发展迅速,已经实现产业化,只是应用范围较窄,并且自动化程度和膜性能待进一步提高。其中,一次成型法生产PP中空纤维膜在天津、浙江等地发展迅猛,这种短平快法生产的膜丝,两头粗中间细,孔分布不均匀,但是生产成本极低,主要是亲水化后用于水溶液过滤,偶尔用于小规模氨氮废水气态膜法处理。
1982年Castro发表专利指出许多热塑性、结晶性的高聚物可采用温度改变驱动的相分离法纺制成膜,即热致相分离法(TIPS法)。美国的Akzona公司和3M公司用此方法工业化生产了聚丙烯微孔膜。 3M在德国有Membrana分公司采用TIPS法生产PP中空纤维微孔疏水膜,主要用于电子行业高纯水的脱氧、脱二氧化碳,医疗上的人工肺,血浆过滤等。膜丝的售价为99~156欧元/平方米。
PP中空纤维微孔疏水膜本质上不是为废水处理而开发的,在国外的应用领域属于“高大上、阳春白雪”的东西;只有在国内,因劳动力便宜、原材料便宜、附加值便宜,才能变“阳春白雪”为“下里巴人”。国产PP中空纤维膜在高端领域的应用市场需要进一步地拓展。
洁海瑞泉膜技术(天津)有限公司所产PP中空纤维微孔疏水膜,采用TIPS法制备,性能接近世界顶级的德国Membrane公司TIPS膜,但价格不到其1/10,便宜近10倍多,性价比非常高。相较于传统的熔融拉伸工艺,TIPS法生产的PP中空纤维膜孔隙率更高、孔径更小且孔径分布更加均匀,氨氮总传质系数比国内同类产品高出0.5~1.0倍,漏点压力高出0.1MPa(纯水测量时漏点压力为≥0.35MPa),使用寿命更长(实际项目应用中发现其他国内公司生产的传统拉伸膜的平均使用寿命在6个月左右,洁海瑞泉公司现由TIPS工艺生产PP膜的寿命在3-5年),综合性价比高。
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