CN101249388A - 一种复合蒸馏膜及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合蒸馏膜及其制备方法和用途，其特征在于该复合蒸馏膜为平板式膜，具有双层结构，一层为经过功能整理的纺织品支撑体；另一层为在纺织品支撑体上涂层复合的疏水性聚合物微孔膜，厚度为5～100μm；所述纺织品支撑体是指涤纶、锦纶、丙纶或粘胶等纤维的长丝机织物或非织造布中的一种，单重为30～250g/m2；所述的功能整理为拒水整理、三防整理、壳聚糖整理、聚乙烯醇和柠檬酸整理中的至少一种；所述复合蒸馏膜的断裂强度为400～800N/5cm，剥离强度为15～30cN/cm，透湿量为6～9kg/m2·24h。在膜蒸馏过程中，本发明复合蒸馏膜以其纺织品支撑体一面与料液接触，具有较好的抗污染能力，适用于各种膜蒸馏过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜技术，具体为一种经功能整理的纺织品作为支撑体的增强型平板式复合蒸馏膜及其制备方法和用途，国际专利主分类号拟为Int.Cl.B01D 71/00(2006.01)I。
背景技术
膜蒸馏是一种将蒸馏技术与膜技术相结合的膜分离过程，其传质驱动力是微孔膜两侧的蒸汽压差。膜蒸馏过程所用膜称为蒸馏膜。蒸馏膜必须是疏水性的微孔膜，应具有良好的疏水性、多孔性、机械强度、热稳定性和化学稳定性，特别是要求其在膜蒸馏过程中不能被所处理的液体浸润，膜孔内无毛细管冷凝现象发生。
在传统的膜蒸馏过程中，疏水性微孔蒸馏膜与料液直接接触，料液中的物质会在微孔蒸馏膜表面发生吸附、结晶和沉积等污染现象，导致蒸馏膜的微孔被堵塞，使膜通量降低；同时，在蒸馏膜表面沉积的污染物也会降低膜的疏水性，使蒸馏膜容易发生膜孔润湿和料液透过的现象，导致膜分离的效率下降。这种膜污染问题是限制膜蒸馏技术工业化应用的主要原因之一。
为提高膜的抗污染能力，对微孔膜进行表面改性是最常用的方法。但由于蒸馏膜的材料一般是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等强疏水性物质，反应性差，对这些材料所制的蒸馏膜进行表面改性的难度较大，甚至会降低蒸馏膜的疏水性，而且不易实现工业化生产。
相转化法是制备微孔膜的一种常用方法，但采用相转化法制备的微孔蒸馏膜强度较低，容易破裂，实际应用受到限制。为提高相转化法所制备的蒸馏膜的机械强度，目前一般是以非织造布为支撑体，采用双面涂敷或双面流延的方法，在非织造布两侧涂敷聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液，制备增强型复合膜。这种复合膜的机械强度较好，但其两侧均为疏水性PVDF微孔膜，蒸馏膜的抗污染能力较差，而且不易进行抗污染改性处理；此外，在这种复合膜中非织造布仅起增强的作用，对提高蒸馏膜的抗污染性能没有效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种复合蒸馏膜及其制备方法和用途。该蒸馏膜具有双层结构，克服了单层微孔蒸馏膜强度低的缺点，同时提高了蒸馏膜的抗污染性能；该制备方法具有工艺简单、适用性强等特点；该蒸馏膜特别适用于膜蒸馏过程，具有良好的抗污染性能，微孔膜不易被堵塞及润湿，料液不易透过蒸馏膜，可提高膜蒸馏冷凝液的纯度，延长蒸馏膜的工作时间。
本发明解决所述蒸馏膜技术问题的技术方案是：设计一种复合蒸馏膜，其特征在于该复合蒸馏膜为平板式膜，具有双层结构，一层为经过功能整理的纺织品支撑体；另一层为在纺织品支撑体上涂层复合的疏水性聚合物微孔膜，厚度为5～100μm；所述纺织品支撑体是指涤纶、锦纶、丙纶或粘胶等纤维的长丝机织物或非织造布中的一种，单重为30～250g/m2；所述的功能整理为拒水整理、三防整理、壳聚糖整理、聚乙烯醇和柠檬酸整理中的至少一种；所述复合蒸馏膜的断裂强度为400～800N/5cm，剥离强度为15～30cN/cm，透湿量为6～9kg/m2·24h。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种复合蒸馏膜制备方法，其特征在于该制备方法为：首先对本发明所述纺织品支撑体进行所述的功能整理，然后在经功能整理的纺织品支撑体的一面涂敷铸膜液，再将涂敷铸膜液的纺织品支撑体浸入凝固浴中，通过相转化法在纺织品支撑体上获得疏水性聚合物微孔膜层，即可制得所述的复合蒸馏膜。
本发明解决所述膜用途技术问题的技术方案是：设计一种本发明所述复合蒸馏膜的用途，其特征在于该复合蒸馏膜专用于膜蒸馏，并且在膜蒸馏过程中使其纺织品支撑体一面与被处理的料液相接触。
与现有技术相比，本发明的复合蒸馏膜以纺织品材料为支撑体，并对纺织品支撑体进行功能整理，以单面涂层和相转化的方法在纺织品支撑体上获得微孔膜，该复合蒸馏膜兼具较高的机械强度和良好的抗污染性；本发明所述蒸馏膜的制备方法简单，无需特殊设备，容易进行工业化生产加工，特别适于制备大面积、高强度、抗污染性能好的蒸馏膜；本发明复合蒸馏膜特别适用于膜蒸馏，在膜蒸馏过程中，以该复合蒸馏膜的纺织品支撑体一侧接触料液的方式进行膜蒸馏，其膜孔的抗润湿性能好，料液不易透过蒸馏膜，可提高膜蒸馏冷凝液的纯度，膜蒸馏的工作时间可延长50％，甚至更高，且具有良好的抗污染性能。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图进一步叙述本发明：
本发明设计的复合蒸馏膜(简称蒸馏膜)，其特征在于该蒸馏膜为平板式膜，具有双层结构，一层为经过功能整理的纺织品支撑体；另一层为在纺织品支撑体上涂层复合的疏水性聚合物微孔膜，微孔膜的厚度为5～100μm；所述的纺织品支撑体是指涤纶、锦纶、丙纶或粘胶等纤维的长丝机织物或非织造布中的一种，单重为30～250g/m2；所述的功能整理为拒水整理、三防整理、壳聚糖整理、聚乙烯醇和柠檬酸整理等中的至少一种；所述复合蒸馏膜的断裂强度400～800N/5cm，剥离强度为15～30cN/cm，透湿量为6～9kg/m2·24h(38℃，相对湿度90％下)。本发明所述复合蒸馏膜的机械强度明显大于现有技术的非织造布增强复合膜。
本发明设计的所述复合蒸馏膜的制备方法，其特征在于该制备方法为：首先对本发明所述纺织品支撑体进行所述功能整理，然后在经功能整理的纺织品支撑体的一侧进行单面涂层，涂敷铸膜液后，再将涂敷铸膜液的纺织品支撑体浸入凝固浴中，使铸膜液发生相分离，通过相转化法在纺织品支撑体上获得具有分离作用的疏水性聚合物微孔膜层，即可制得所述的复合蒸馏膜。所述微孔膜的厚度要求5～100μm，通过调节涂层设备的刮刀间距，即可获得所要求的微孔膜层厚度。
本发明制备方法由于首先对本发明所述纺织品支撑体进行了所述的功能整理，因而可提高纺织品支撑体对铸膜液的防渗性能和对膜蒸馏料液的抗污染性能，避免单面涂层时铸膜液透过纺织品支撑体，同时有利于提高蒸馏膜的抗污染性能。本发明所述的相转化法技术本身为现有技术，所述的涂层方法本身也为现有技术。
本发明制备方法的进一步特征是，所述的功能整理还可包括织物表面的阳离子化或阴离子化改性整理、拒油整理、防污整理和抗菌整理中的至少一种。这些整理本身均为现有技术，可根据蒸馏膜设计需要实施。经这样的进一步整理后，可使纺织品支撑体或者蒸馏膜具有某种或几种相应的表面性能，以适用于不同性质料液的膜蒸馏。
经检验，本发明蒸馏膜纺织品支撑体层与微孔膜层之间的剥离强度可达16～30cN/cm，断裂强度为400～800N/5cm，透湿量为6～9kg/m2·24h(38℃，相对湿度90％下)。这些物理指标与纺织品支撑体的种类、结构和性能以及铸膜液的黏度等因素有关。
本发明蒸馏膜特别适用于或者专用于膜蒸馏。在膜蒸馏过程中，使本发明蒸馏膜的纺织品支撑体一面或一侧与被处理的料液相接触。本发明蒸馏膜的工作原理和过程如下：利用所述的纺织品支撑体层将被处理的料液与微孔膜层隔离开，并利用该纺织品支撑体层的防护作用，降低被处理料液中的物质在微孔膜层表面的吸附和沉积，减少微孔膜层的堵塞，提高膜孔的抗润湿能力，从而实现良好的抗污染目的。本发明蒸馏膜可用于包括直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、减压式膜蒸馏、气扫式膜蒸馏等多种形式的膜蒸馏过程，适用性广，使用方便，有利于实际推广应用。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明具体实施例，但其不限制本发明的权利要求。
实施例1
蒸馏膜的纺织品支撑体采用涤纶长丝塔夫绸织物，克重79g/m2。纺织品支撑体采用拒水拒油整理剂FK 510进行整理，整理剂用量在0.1～3g/L，工艺流程为：浸轧→烘干→焙烘。
涂膜所用聚合物为聚偏氟乙烯(0.9Pa·s，0.1g/mL DMAC)，铸膜液的配方为：聚偏氟乙烯12％、二甲基甲酰胺85％、LiCl3％。
本实施例蒸馏膜的制备采用单面涂层的方法，在经上述功能整理后的纺织品支撑体的一侧均匀涂敷一层铸膜液，然后将涂敷有铸膜液的纺织品支撑体浸入凝固浴中，使铸膜液发生相分离而成膜，从而在支撑体上获得具有分离作用的聚合物微孔膜层。
经检验，该蒸馏膜的断裂强度为680N/5cm，剥离强度为26cN/cm，透湿量为6.7kg/m2·24h(38℃，相对湿度90％下)。
采用该蒸馏膜对苦咸水进行气隙式膜蒸馏脱盐处理时，分别以蒸馏膜的纺织品支撑体一侧和PVDF微孔膜一侧接触料液的方式进行膜蒸馏，随着料液的浓缩，相对膜通量J/J0(J0为初始膜通量)及冷凝液的电导率如表1所示：
表1
应用结果表明，以本实施例蒸馏膜的纺织品支撑体侧接触料液的方式进行膜蒸馏时，冷凝液的纯度高，说明料液很少透过蒸馏膜，蒸馏膜的抗污染性能明显优于以PVDF膜侧接触料液的方式。
实施例2
蒸馏膜的纺织品支撑体的功能整理采用聚乙烯醇和柠檬酸整理，整理液组成如下：聚乙烯醇40g/L、乙二醛2g/L、柠檬酸2g/L，工艺流程为：浸轧→烘干→焙烘。其余同实施例1。
经检验，该蒸馏膜的断裂强度为685N/5cm，剥离强度为25cN/cm，透湿量为6.5kg/m2·24h(38℃，相对湿度90％)。
采用该蒸馏膜对腐植酸的碱性饱和溶液进行气隙式膜蒸馏时，分别以本实施例蒸馏膜的纺织品支撑体一侧和PVDF微孔膜一侧接触料液的方式进行膜蒸馏，随着料液的浓缩，相对膜通量J/J0(J0为初始膜通量)及冷凝液的电导率如表2所示：
表2
应用结果表明，以本实施例蒸馏膜的纺织品支撑体侧接触料液的方式进行膜蒸馏时，冷凝液的纯度高，说明料液很少透过蒸馏膜，蒸馏膜的抗污染性能明显优于以PVDF膜侧接触料液的方式。
Claims (4)
1.一种复合蒸馏膜，其特征在于该复合蒸馏膜为平板式膜，具有双层结构，一层为经过功能整理的纺织品支撑体；另一层为在纺织品支撑体上涂层复合的疏水性聚合物微孔膜，厚度为5～100μm；所述纺织品支撑体是指涤纶、锦纶、丙纶或粘胶等纤维的长丝机织物或非织造布中的一种，单重为30～250g/m2；所述的功能整理为拒水整理、三防整理、壳聚糖整理、聚乙烯醇和柠檬酸整理中的至少一种；所述复合蒸馏膜的断裂强度为400～800N/5cm，剥离强度为15～30cN/cm，透湿量为6～9kg/m2·24h。
2.根据权利要求1所述的复合蒸馏膜，其特征在于所述的功能整理还包括织物表面的阳离子化或阴离子化改性整理、拒油整理、防污整理和抗菌整理中的至少一种。
3.一种权利要求1所述复合蒸馏膜的制备方法，其特征在于该制备方法为：首先对所述纺织品支撑体进行功能整理，然后在经功能整理的纺织品支撑体的一面涂敷铸膜液，再将涂敷铸膜液的纺织品支撑体浸入凝固浴中，通过相转化法在纺织品支撑体上获得疏水性聚合物微孔膜层，即可制得所述的复合蒸馏膜。
4.一种权利要求1所述复合蒸馏膜的用途，其特征在于该复合蒸馏膜专用于膜蒸馏，并且在膜蒸馏过程中使其纺织品支撑体一面与被处理的料液相接触，所述的膜蒸馏包括直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、减压式膜蒸馏和气扫式膜蒸馏过程。
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