CN102600730A - 外压管式膜制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分离膜制造领域，制得的多孔膜可以用在环保、水处理和膜分离等领域。本发明外压管式膜制备方法将条状平板膜以一定缠绕角连续缠绕到一根中心轴上，缠绕时膜分离层向外并膜带的两边互相重叠，重叠部分通过胶粘接或超声波焊接成一体，然后使制得的膜管与中心轴上脱离，得到外压管式膜。本发明外压管式膜分离层与无纺布纤维的结合比与编织管纺织纤维的结合更牢固，因而不易脱落；外压管式膜机械强度比编织管加强膜更好，因此不易侧倒和互相缠绕；制膜效率高，适合大规模生产；外压管式膜可以反冲。本发明揭示的外压管式膜包括微滤膜、超滤膜或纳滤膜，特别适用于膜生物反应器和再生水工艺。

Description

外压管式膜制备方法

所属技术领域

本发明属于分离膜制造领域，涉及一种使用平板膜通过粘接焊接制备外压管式多孔膜(包括纳滤膜、微滤膜和超滤膜)的方法。制得的多孔膜可以用在环保、水处理和膜分离等领域。

背景技术

聚合物多孔膜(包括纳滤膜、微滤膜和超滤膜)有多种制备方法，其中最常见的有非溶剂致相分离(NIPS，DIPS)法，又称“浸没沉淀法”(IP法)、拉伸法和热致相分离法(TIPS)。聚合物多孔膜的形式有平板式、中空纤维式、毛细管式和管式。如美国专利(7517421 B2)所述，中空纤维膜、毛细管膜和管式膜外径分别为0.03-0.1mm；0.2-3mm和4-50mm。本发明涉及外径为3.5-20mm的管式膜。另外本发明说明书中把纳滤膜、微滤膜和超滤膜统称为多孔膜。

已知技术中有在支撑网布上通过热复合、胶复合或相分离复合分离层制成平板膜的方法。平板膜制成膜过滤器的方法是将平板膜粘接或焊接到板框上制成板框式膜组件。由于较大面积的平板膜无法承受反向水压，因此板框式膜组件的主要问题是在膜表面污染时不能水力反冲。另外板框式膜组件中板框成本过高。

已知技术中有将聚合物膜以NIPS法涂敷到编制管表面，利用编织管的机械强度加强毛细管膜强度的外压毛细管膜制造方法(美国专利5,472,607，6,354,444)。由于编织纤维表面光滑，硬度高，而涂敷的分离层硬度较低，因此分离层从编织管表面脱落的倾向较高。另外，当编织管加强膜应用于水草式膜组件(如美国专利US7,160,454所述)时由于编织管加强膜硬度不够，易发生侧倒而互相缠绕，造成固体物质在缠绕处的堆积。

已知技术中(中国专利200310124868.4)有先将聚四氟乙烯(PTFE)制成支撑管，再在PTFE支撑管上缠绕并烧结PTFE分离膜的制备外压中空纤维膜的方法。该方法由于需要预先制支撑管，工艺过程较复杂，制造成本高。

已知技术中有内压管式膜制造方法：在垂直放置的支撑管内通过涂敷锤滑动涂敷制膜液，然后再进入凝胶液中凝胶成膜。美国专利4,214,612(1980)，6,077,376(2000)揭示了将条状无纺布缠绕再通过超声波焊接并在内壁涂敷的连续内压管式膜制造方法，中国专利申请(200810053043.0)揭示了类似的技术方案，这一技术方案在制成的支撑管内表面涂敷膜工艺较复杂，生产效率较低。为了提高内压膜生产效率，美国专利7,517,421揭示了用条状平板膜通过缠绕焊接制备内压管式膜的方法。然而内压管式膜在应用中需要通过大量回流以保证膜管内液体流速，因此耗能较高，应用受到限制。

中国专利申请(201220101838.6)揭示了使用外压管式膜制造水草管式膜过滤器的技术方案，与已知技术帘式或柱式毛细管膜或中空纤维膜相比，由于每根管式膜顶端相互独立，避免了纤维物质在管式膜周围缠绕问题，由于管式膜强度较高，避免了“膜丝”断裂问题；与顶端独立封闭的水草式毛细管膜(美国专利US7160454)或水草式中空纤维膜过滤器(美国专利申请US2011/0094964A1)相比，由于管式膜硬度较高，不存在管式膜之间相互缠绕的问题；板框式膜过滤器相比，由于每根管式膜顶端相互独立，避免了纤维物质在板框之间堆积问题，由于可以反冲，使得膜通量更有保证，由于取消了板框，使得水草管式膜过滤器具有成本优势。综合无纤维缠绕、不断丝、可反冲和成本低的特点，该技术方案有望从根本上解决MBR目前的技术问题。

虽然外压管式膜具有以上优势，但是在已知技术中缺乏行之有效的外压管式膜的制备方法，更没有使用平板膜制备外压管式膜的方法。

本发明揭示的是将平板膜通过粘接或焊接制成外压管式膜的方法。

发明内容

本发明要解决已知技术中编织管加强毛细管膜的膜易脱落和硬度较低的技术问题，板框式膜组件不能反冲和成本较高的技术问题，预制支撑管再涂敷制造管式膜生产过程复杂的技术问题，揭示一种将条状平板膜经缠绕粘接或焊接制造外压管式膜的方法。

为了达到上述目的，本发明外压管式膜制备方法包括将条状平板膜以一定缠绕角连续缠绕到一根中心轴上，所述条状平板膜分离层朝外，缠绕时条状平板膜的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部，通过至少一个膜管驱动轮驱动外压管式膜与中心轴脱离，得到外压管式膜。

本发明外压管式膜制备方法的有益效果表现在：相对于已知技术中编织管加强的毛细管膜，由于支撑网布可以有多种选择，分离层与支撑网布的结合比与编织管结合更牢固，因而不易脱落；由于缠绕并粘接/焊接后管式膜机械强度比编织管加强膜更好，因此当一端独立密闭时不易侧倒和互相缠绕；相对于板框式膜组件，本发明揭示的外压管式膜可以反冲，膜过滤器成本低。本发明揭示的外压管式膜(微滤膜、超滤膜或纳滤膜)特别适用于膜生物反应器和再生水工艺。

附图说明

图1本发明外压管式膜制备方法示意图

图2本发明外压管式膜横截面示意图

图1图2中1.条状平板膜，2.中心轴，3.结合部，4.缠绕角，5.超声波焊接头，6.膜管驱动轮，7.封边胶涂敷器，10.外压管式膜，21.分离层，22.支撑层

具体实施方式

本发明外压管式膜制备方法包括将条状平板膜(1)以一定缠绕角(4)连续缠绕到一根中心轴(2)上，所述条状平板膜(1)分离层(21)朝外，缠绕时所述条状平板膜(1)的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部(3)，通过至少一个膜管驱动轮(6)驱动管式膜(10)与中心轴(2)脱离，得到外压管式膜(10)。

所述膜管驱动轮(6)在水平和垂直双向斜置，使之转动时带动管式膜(10)沿轴向移动，同时沿轴向转动。

本发明外压管式膜制备方法还包括至少一个封边胶涂敷器(7)，当平板膜支撑层较厚时通过涂封闭胶避免重叠粘接焊接部分(3)侧漏。

本发明外压管式膜制备方法所述条状平板膜具有分离层(21)和支撑层(22)，其中所述分离层(21)和支撑层(22)是通过热复合，胶复合或相转移复合而成。

本发明外压管式膜制备方法还包括在所述条状平板膜(1)内同时缠绕并粘接或焊接另一支撑层，以增强毛细管膜或管式膜的机械强度。

所述焊接方法是热焊接或超声波焊接的一种或两种的结合。

所述条状平板膜(1)宽度为5.0-20mm。这一宽度的选择与制得的外压管式膜(10)的直径和缠绕角(4)有关。

所述缠绕角(4)为15-75度，这一角度的选择与制得的外压管式膜(10)的直径和条状平板膜(1)宽度有关。

所述结合部(3)宽度为0.5-3.5mm，该宽度小于0.5mm时粘接或焊接不够牢固，大于3.5mm时会牺牲过多的过滤面积。

所述条状平板膜是条状微滤、超滤或纳滤膜中的一种。

所述外压管式膜(10)外径为3.5-20毫米之间。该直径小于3.5毫米时，制造较困难；大于20毫米时，膜过滤器的充填效率过低。

Claims (11)

1.一种外压管式膜制备方法，其特征在于包括将条状平板膜(1)以一定缠绕角(4)连续缠绕到一根中心轴(2)上，所述条状平板膜(1)分离层(21)朝外，缠绕时所述条状平板膜的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部(3)，通过至少一个膜管驱动轮(6)驱动外压管式膜(10)与中心轴(2)脱离，得到外压管式膜(10)。

2.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述膜管驱动轮(6)水平和垂直双向斜置，使之转动时带动外压管式膜(10)沿轴向移动，同时沿轴向转动。

3.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于还包括至少一个封边胶涂敷器(7)。

4.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述条状平板膜具有分离层(21)和支撑层(22)，其中所述分离层(21)和支撑层(22)是通过热复合，胶复合或相转移复合而成。

5.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于还包括在所述条状平板膜(1)内同时缠绕另一支撑层，以增强外压管式膜的机械强度。

6.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述焊接方法是热焊接或超声波焊接的一种或两种的结合。

7.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述条状平板膜(1)宽度为5.0-20mm。

8.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述缠绕角(4)为15-75度。

9.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述结合部(3)宽度为0.5-3.5mm。

10.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述条状平板膜是条状微滤、超滤或纳滤膜中的一种。

11.根据权利要求1所述的外压管式膜制备方法，其特征在于所述外压管式膜(10)外径为3.5-20毫米之间。该直径小于3.5毫米时，外压管式膜制造较困难；大于20毫米时，外压管式膜过滤器的充填效率过低。

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