CN102172477A - 一种组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，包括蜂窝陶瓷支撑体以及设置在其内的过滤孔道；此外，还包括支承件和紧固件；所述蜂窝陶瓷支撑体为平板状，所述过滤孔道其轴线与蜂窝陶瓷支撑体的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体内而构成蜂窝陶瓷膜单体；所述蜂窝陶瓷膜单体为二个或二个以上，且呈间隔叠放组合；所述紧固件设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围；所述支承件位于相邻蜂窝陶瓷膜单体之间、以及紧固件与蜂窝陶瓷膜单体之间，且设置在过滤孔道端口处。本发明具有较高的渗透通量和单位体积膜面积，构型及制备工艺简单，有效减小了渗透阻力，同时极大地提高了蜂窝陶瓷膜的成品率、降低了陶瓷膜成本。
Description
技术领域
本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种蜂窝状陶瓷过滤膜元件。
背景技术
与其它分离工艺相比，膜分离是一种相对简单、耗能低的分离工艺，原则上可以回收并再利用混合物中的组分，因而广泛应用于生物工程、石油、化工、冶金、医药等领域。膜分离是通过膜组件来实现的，其核心部分是过滤膜。与有机膜相比，陶瓷过滤膜具有化学稳定性好、机械强度大、抗微生物能力强、耐高温、孔径分布窄、分离效率高等优点。由于陶瓷材料的刚性较好，同时受制备工艺的限制，目前现有技术陶瓷膜主要以管式和多通道管式为主。然而，由于单管构型的陶瓷膜其膜密度(即单位体积内的膜面积)比较低，因此目前商业生产的陶瓷膜大多通过增加孔道数(如7、19、37通道)来提高膜密度。此外，为进一步增大膜面积，目前陶瓷过滤元件也采用了蜂窝陶瓷结构，通过增加膜孔道数、减少孔道直径的方法来增加单位体积内的膜面积。
然而，现有技术多通道/蜂窝陶瓷管构型中，处于中心位置的孔道所形成的渗透液需要经过较长的距离才能溢出管外，这显然增大了膜的渗透阻力，降低了渗透通量；而且，蜂窝状陶瓷过滤膜随着孔道直径和陶瓷膜孔壁厚度的减小，更多膜孔道的渗透液只能通过蜂窝陶瓷支撑体内部孔道渗透至出口，渗透液的传输阻力也明显增大。为解决此问题，对于蜂窝陶瓷膜而言，现有技术通常采用将部分膜孔道改作渗透液通道的方法，以减少渗透出水的路径；或者，在端口处沿截面方向对部分孔道开槽，留出部分开槽作为渗透出水出口，然后使用烧结的方法对渗透出水通道的端口进行封堵；此外，也有将中心孔道不涂膜而作为过滤渗透侧，并在中心孔处采用一引流管将渗透液引出、中心孔与引流管之间的间隙采用环氧树脂密封的方法，以减小渗透阻力，提高渗透通量。但是，现有技术蜂窝陶瓷管构型仍然存在着以下技术缺陷：
(1)利用部分通道作为渗透液通道，能够减少渗透出水的路径，但同时也减少了单位体积内的膜面积，违背了通过蜂窝构型来增加膜面积的设计初衷。
(2)需要对陶瓷膜进行后期处理，对于陶瓷膜而言后期加工难度较高，进一步增加了制备工艺的复杂性。
(3)对于端口开槽或者增加引流管等方法，需要对端口进行密封，密封难度较大，容易造成渗透液与料液混合。例如，对开槽的端口进行封堵的方法由于涉及干燥和烧结过程，封堵材料与蜂窝陶瓷性能之间的差异容易形成孔隙，因而容易导致在过滤过程中料液污染渗透出水。
(4)蜂窝陶瓷膜的制备工序较多、工艺复杂，引入缺陷的可能性增加，使得无缺陷蜂窝陶瓷膜的成品率较低，特别是较大体积的蜂窝陶瓷膜，随着陶瓷膜截面积的增大，成品率还会更低，从而进一步增加了原本就比较高的陶瓷膜成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较高的渗透通量和单位体积膜面积、构型及制备工艺简单的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，以有效减小渗透阻力，同时极大地提高蜂窝陶瓷膜的成品率、降低陶瓷膜成本。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，包括蜂窝陶瓷支撑体以及设置在其内的过滤孔道；此外，还包括支承件和紧固件；所述蜂窝陶瓷支撑体为平板状，所述过滤孔道其轴线与蜂窝陶瓷支撑体的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体内而构成蜂窝陶瓷膜单体；所述蜂窝陶瓷膜单体为二个或二个以上，且呈间隔叠放组合；所述紧固件设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围；所述支承件位于相邻蜂窝陶瓷膜单体之间、以及紧固件与蜂窝陶瓷膜单体之间，且设置在过滤孔道端口处。
本发明过滤孔道为料液通道，各蜂窝陶瓷膜单体呈平板状，使得陶瓷膜具有较短的渗透距离。蜂窝陶瓷膜单体之间的间隙为渗透液通道，渗透液经过滤孔道的孔壁渗透后，经蜂窝陶瓷膜单体之间的间隙流出，从而具有较高的渗透通量。
本发明还可采取如下进一步措施：所述支承件可拆卸式设置在过滤孔道端口处。这样，可以根据渗透量的大小，通过调节支承件的厚度调整渗透液通道的宽度；此外，便于拆卸清洗污染严重、或替换有缺陷的蜂窝陶瓷膜单体。
为减少渗透液的传输阻力，本发明蜂窝陶瓷膜单体中过滤孔道直接与渗透液通道相邻，即所述过滤孔道可以采用单排孔道；也可以采用双排孔道而具有更高的单位体积膜面积。进一步地，所述蜂窝陶瓷膜单体中过滤孔道与蜂窝陶瓷支撑体外表面之间的壁厚小于其他部位壁厚，从而具有更短的渗透距离，同时可提高蜂窝陶瓷支撑体的强度。
本发明所述蜂窝陶瓷膜单体其垂直于过滤孔道轴线的截面形状为矩形，组合后的蜂窝陶瓷膜过滤元件呈长方体。或者，此截面形状为含弧梯形，组合后的蜂窝陶瓷膜过滤元件呈圆柱体。
本发明所述过滤孔道的横截面形状可以为正方形、矩形、六角形或三角形。
本发明所述蜂窝陶瓷支撑体为Al2O3、TiO2、堇青石、莫来石、高岭土、SiC的一种或几种组合。所述过滤孔道的过滤层为Al2O3、TiO2、ZrO2、堇青石、莫来石中一种或几种组合。
本发明具有以下有益效果：
(1)具有较高的渗透通量和单位体积膜面积
本发明蜂窝陶瓷膜单体呈平板状，渗透距离短，渗透阻力明显减小，具有较高的渗透通量。蜂窝陶瓷膜单体之间的间隔即渗透液通道的宽度可以调整，因此能够容易地根据渗透通量的大小调整渗透液通道，从而避免了多余渗透液通道宽度所造成的单位体积膜面积的降低，有助于提高陶瓷膜的膜密度。
(2)构型及制备工艺简单，有效提高了蜂窝陶瓷膜的成品率
本发明平板状的蜂窝陶瓷膜单体，体积较小，单个产品产生缺陷的可能性明显降低。同时，构型简单，由蜂窝陶瓷膜单体可拆卸式组合而成，便于拆卸清洗污染严重陶瓷膜单体，而且仅更换有缺陷的陶瓷膜单体即可重新恢复蜂窝陶瓷膜组件的分离渗透功能，而不至于整体报废，极大地提高了陶瓷膜的成品率、降低了陶瓷膜成本。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例之一组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件的立体图；
图2是图1所示实施例的主视图；
图3是图1的左视图；
图4是图1所示实施例中蜂窝陶瓷膜单体横截面局部放大示意图；
图5是发明实施例之二蜂窝陶瓷膜单体横截面结构示意图；
图6是图5所示实施例组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件的立体图。
图中：蜂窝陶瓷膜单体1，蜂窝陶瓷支撑体1a，过滤孔道1b，支承件2，紧固件3，渗透液通道4，壁厚W1、W2
具体实施方式
实施例一：
图1～图4所示为本发明组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件的实施例之一，如图1和图2所示，包括由蜂窝陶瓷支撑体1a和过滤孔道1b构成的蜂窝陶瓷膜单体1、支承件2和紧固件3。
其中，蜂窝陶瓷支撑体1a为平板状，过滤孔道1b其轴线与蜂窝陶瓷支撑体1a的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体1a内而构成蜂窝陶瓷膜单体1。如图3和图4所示，蜂窝陶瓷膜单体1其垂直于过滤孔道1b轴线的截面形状为矩形。过滤孔道1b采用双排孔道，孔道的横截面形状为正方形，且过滤孔道1b与蜂窝陶瓷支撑体1a外表面之间的壁厚W1小于其他部位壁厚W2。
如图1和图2所示，蜂窝陶瓷膜单体1为若干个，且呈间隔叠放组合而构成长方体。紧固件3采用不锈钢箍，且设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围。支承件2采用厚度为1mm的硅橡胶垫，且可拆卸式设置在相邻蜂窝陶瓷膜单体1之间、以及紧固件3与蜂窝陶瓷膜单体1之间的过滤孔道端口处。
本实施例过滤孔道1b为料液通道，蜂窝陶瓷膜单体1之间的间隙为渗透液通道4，渗透液经过滤孔道1b的孔壁渗透后，经蜂窝陶瓷膜单体1之间的间隙即渗透液通道4流出。根据渗透通量的大小，可以通过更换不同厚度的支承件2来调整蜂窝陶瓷膜单体1之间的间隙，从而改变渗透液通道4的宽度。而且，可单独拆卸清洗污染严重的陶瓷膜单体，或仅更换有质量缺陷的陶瓷膜单体即可重新恢复蜂窝陶瓷膜组件的整体性能。
本实施例中，蜂窝陶瓷支撑体1a以Al2O3粉(325目)为骨料，以羟基纤维素为粘结剂、桐油为润滑剂，经过混料、和泥、陈腐、炼泥等程序，挤出成型为双排孔道的平板状，经干燥并在1360℃煅烧2～4小时后得到蜂窝陶瓷支撑体。过滤孔道1b的过滤层以Al2O3粉(0.5μm)为原料，添加分散剂和稳定剂，制备成稳定浆料，采用dip-coating法在蜂窝陶瓷支撑体1a的过滤孔道1b内制备过滤层。经干燥、烧结后获得含双排孔道的平板状蜂窝陶瓷膜单体。调整粉料的粒径可控制过滤层的孔径。
实施例二：
图5和图6所示为本发明组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件的实施例之二，与实施例一不同之处在于：如图5所示，蜂窝陶瓷膜单体1其垂直于过滤孔道1b轴线的截面形状为含弧梯形，呈间隔叠放组合而构成圆柱体(见图6)。
Claims (8)
1.一种组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，包括蜂窝陶瓷支撑体(1a)以及设置在其内的过滤孔道(1b)；其特征在于：还包括支承件(2)和紧固件(3)；所述蜂窝陶瓷支撑体(1a)为平板状，所述过滤孔道(1b)其轴线与蜂窝陶瓷支撑体(1a)的板面平行、且并排设置在蜂窝陶瓷支撑体(1a)内而构成蜂窝陶瓷膜单体(1)；所述蜂窝陶瓷膜单体(1)为二个或二个以上，且呈间隔叠放组合；所述紧固件(3)设置在组合后的蜂窝陶瓷膜单体外围；所述支承件(2)位于相邻蜂窝陶瓷膜单体(1)之间、以及紧固件(3)与蜂窝陶瓷膜单体(1)之间，且设置在过滤孔道端口处。
2.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述支承件(2)可拆卸式设置在过滤孔道端口处。
3.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述过滤孔道(1b)为单排孔道。
4.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述过滤孔道(1b)为双排孔道。
5.根据权利要求1或3或4所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述蜂窝陶瓷膜单体(1)中过滤孔道(1b)与蜂窝陶瓷支撑体(1a)外表面之间的壁厚(W1)小于其他部位壁厚(W2)。
6.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述蜂窝陶瓷膜单体(1)其垂直于过滤孔道(1b)轴线的截面形状为矩形，组合后的蜂窝陶瓷膜过滤元件呈长方体。
7.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述蜂窝陶瓷膜单体(1)其垂直于过滤孔道(1b)轴线的截面形状为含弧梯形，组合后的蜂窝陶瓷膜过滤元件呈圆柱体。
8.根据权利要求1所述的组合式蜂窝陶瓷膜过滤元件，其特征在于：所述过滤孔道(1b)的横截面形状为正方形、矩形、六角形或三角形。
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