CN102895885A - 一种单皮层复合滤膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种单皮层复合滤膜及其制备方法，属于超滤膜技术领域。单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管，其特点是在所述聚乙烯烧结管管外壁的孔洞中涂刮有滤膜。制备方法：将聚乙烯烧结管洗净烘干后，安装在送管胶轮上；按各组分的化学组成重量百分比配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置2～10天使其熟化待用；将铸膜液注入铸膜液储存罐中，并调控铸膜液温度至45～80℃；开启送管胶轮，将聚乙烯烧结管运动至刮刀处；开启气缸和送管胶轮进行刮膜；刮膜后的聚乙烯烧结管直接落入凝固浴水槽中，停留2～10分钟后，再放入清洗水槽内浸泡24～72小时，并1～3小时换一次水；将浸泡好的膜管放入含30～50wt%的甘油溶液中浸泡24～48小时后，取出干燥即得到最终产品。

Description

一种单皮层复合滤膜及其制备方法

技术领域

本发明属于超滤膜技术领域，具体涉及一种单皮层复合滤膜及其制备方法。

背景技术

目前，国内使用的超滤膜主要以中空纤维超滤膜为主，该类超滤膜已经在生活饮用水处理、生活污水处理中得到广泛应用，并取得了良好的使用效果和经济效益。但由于中空纤维超滤膜的支撑体和超滤膜为同一种材料，强度较低，在高浓度工业废水处理时常出现堵塞、断丝等现象，导致该类超滤膜在工业废水处理时有寿命短、运行不稳定等缺点。改变超滤膜结构，改善滤膜的抗堵塞能力，增强滤膜的强度进而延长滤膜的使用寿命，使其能够在工业废水领域充分发挥作用显得尤其重要。

中空纤维超滤膜在利用相转换法成膜时就形成了管内壁及管外壁两层致密层，滤液通过致密层时直径大于滤孔的物质被拦截，小于滤孔的物质进入管壁之间的大孔夹层，进入管壁的物质一部分穿透管内壁致密层流出，一部分存留在大孔夹层内，当存留物累积到一定量时，滤膜透过率急速降低直至过滤过程终止。

目前市场上销售的所有超滤膜产品均不能采用气反冲作为抗污堵的手段。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单皮层复合滤膜及其制备方法，利用该方法制备的单皮层复合滤膜强度高、使用寿命长、能够耐受高强度反向冲洗的能力，在高浓度工业废水处理中占据优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管，其特点是在所述聚乙烯烧结管管外壁的孔洞中涂刮有滤膜。

所述滤膜的过滤孔径为0.03～0.2微米。

所述滤膜的过滤孔径为0.03微米。

所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯12～19%，N-N二甲基乙酰胺78.5～85.5%，聚醚砜0.5～1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2～5%。

所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯17%，N-N二甲基乙酰胺79%，聚醚砜1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2.5%。

所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯12%，N-N二甲基乙酰胺82.5%，聚醚砜1%，聚乙烯基吡咯烷酮4.5%。

所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯15%，N-N二甲基乙酰胺81%，聚醚砜0.5%，聚乙烯基吡咯烷酮3.5%。

所述单皮层复合滤膜的制备方法，按如下步骤执行：

步骤一：将聚乙烯烧结管洗净烘干后，安装在送管胶轮上；

步骤二：按各组分的化学组成重量百分比为：聚偏氟乙烯12～19%，N-N二甲基乙酰胺78.5～85.5%，聚醚砜0.5～1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2～5%配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置2～10天使其熟化待用；

步骤三：将步骤二中熟化后的铸膜液通过铸膜液装填口注入铸膜液储存罐中，并通过加热片调控铸膜液温度至45～80℃；

步骤四：开启送管胶轮的电机，将聚乙烯烧结管送入送管胶轮并运动至铸膜液刮刀处；

步骤五：开启铸膜液储存罐内的气缸，并同时开启送管胶轮的电机，使聚乙烯烧结管匀速通过铸膜液刮刀；

步骤六：刮膜完毕后的聚乙烯烧结管直接落入凝固浴水槽中，在槽中停留2～10分钟后，再放入清洗水槽内浸泡24～72小时，并1～3小时换一次水；

步骤七：将浸泡好的膜管放入含30～50wt%的甘油溶液中浸泡24～48小时后，取出干燥即得到最终产品，即单皮层复合滤膜。

与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是：

1、如图1所示，本发明将超高分子量聚乙烯粉烧结成型的聚乙烯烧结管作为滤膜的支撑体，铸膜液涂刮在聚乙烯烧结管管外壁的孔洞中，使膜材料与支撑体能够形成锚式牢固结合，聚乙烯烧结管自身具有机械强度高、韧性好、耐腐蚀、耐高温等特点，与膜材料结合后形成的复合超滤膜结合了二者的优点，和中空纤维超滤膜相比具有强度高、不会出现中空纤维超滤膜常有的断丝现象，能够确保用户正常使用8年，与同类膜相比具有超长的使用寿命，在高浓度工业废水处理中占据优势；

2、本发明的单皮层复合滤膜是一种过滤生活污水、工业废水的新技术、新材料，涂刮在聚乙烯烧结管管外壁的孔洞中的膜材料（如图2所示）成膜后过滤孔径为0.03微米，能够滤除水中的胶体、细菌、大分子量有机物等，是处理生活污水、工业废水的高新技术，可广泛应用在食品、化工、冶金、纺织等各领域的污水处理中；

3、本发明的单皮层复合滤膜由于不存在两道致密层的拦截阻力，使得过滤压力降低、流量增大，滤膜的抗污堵能力极大增强，这是传统中空纤维超滤膜不可比拟的优势所在，如图2所示，本发明的单皮层复合滤膜仅在管外壁有一层滤膜，管内壁只有支撑体；

4、由于本发明的支撑体为聚乙烯烧结管，具有较高的韧性及强度；同时滤膜与聚乙烯烧结管独特的结合方式使之能承受较大压力而不破损；本发明的滤膜与支撑体牢固结合，能够承受0.2MPa压力的气水联合反冲洗；目前市场上销售的所有超滤膜产品均不能采用气水联合反冲洗作为抗污堵的手段，本发明突破了这一禁忌。

附图说明

图1为本发明的单皮层复合滤膜的结构示意图；

图2为本发明的单皮层复合滤膜的微观结构示意图；

图3为制备本发明的单皮层复合滤膜的装置的结构示意图；

图中，1—聚乙烯烧结管，2—送管胶轮，3—铸膜液装填口，4—铸膜液刮刀，5—铸膜液储存罐，6—加热片，7—凝固浴水槽，8—活塞，9—气缸，10—气缸柜，11—进口，12—出口，13—滤膜，14—管外壁，15—管内壁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明：

实施例1

如图1、图2所示，一种单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管1，在所述聚乙烯烧结管1管外壁的孔洞中涂刮有滤膜13，所述滤膜13的过滤孔径为0.03微米，所述聚乙烯烧结管1由超高分子量聚乙烯粉烧结成型。

所述滤膜13各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯17%，N-N二甲基乙酰胺79%，聚醚砜1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2.5%。

如图3所示，制备所述单皮层复合滤膜的装置，包括具有进口11和出口12的铸膜液储存罐5，在铸膜液储存罐5的进口侧设置有具有电机的送管胶轮2，在铸膜液储存罐5的出口侧设置有凝固浴水槽7，在铸膜液储存罐5的上部设置有铸膜液装填口3；在所述铸膜液储存罐5的出口处设置有铸膜液刮刀4，所述铸膜液刮刀4与铸膜液储存罐5相连通；在所述铸膜液储存罐5内设置有加热片6和活塞8，所述活塞8与设置在铸膜液储存罐5下方的气缸9的活塞杆相连接，所述气缸9设置在气缸柜10中。

所述单皮层复合滤膜的制备方法，按如下步骤执行：

步骤一：将聚乙烯烧结管1用自来水清洗干净，并在60℃的烘箱中将管内水分除尽后，安装在送管胶轮2上；

步骤二：按各组分的化学组成重量百分比为：聚偏氟乙烯17%，N-N二甲基乙酰胺79%，聚醚砜1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2.5%配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置2天使其熟化待用；

步骤三：将步骤二中熟化后的铸膜液通过铸膜液装填口3注入铸膜液储存罐5中，并通过加热片6调控铸膜液温度至45℃；

步骤四：开启送管胶轮2的电机，将聚乙烯烧结管1送入送管胶轮2并运动至铸膜液刮刀4处；

步骤五：开启铸膜液储存罐5内的气缸9，并同时开启送管胶轮2的电机，使聚乙烯烧结管1以0.07m/s的速度匀速通过铸膜液刮刀4；

步骤六：刮膜完毕后的聚乙烯烧结管1直接落入凝固浴水槽7中，在槽中停留2分钟后，再放入清洗水槽内浸泡24小时，并1小时换一次水；

步骤七：将浸泡好的膜管放入含30wt%的甘油溶液中浸泡24小时后，取出干燥即得到最终产品，即单皮层复合滤膜。

本发明在使用时，污水在压力作用下通过滤膜13和支撑体聚乙烯烧结管1进入管内壁15，污水中的杂质被拦截在滤膜13的表面，滤过液经中心管流出；运行30min后，滤膜13表面形成杂质层，此时用滤过液反向冲洗15s，将滤膜13表面的杂质层冲脱后，即可继续使用。

实施例2

如图1、图2所示，一种单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管1，在所述聚乙烯烧结管1管外壁的孔洞中涂刮有滤膜13，所述滤膜13的过滤孔径为0.03微米，所述聚乙烯烧结管1由超高分子量聚乙烯粉烧结成型。

所述滤膜13各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯12%，N-N二甲基乙酰胺82.5%，聚醚砜1%，聚乙烯基吡咯烷酮4.5%。

如图3所示，制备所述单皮层复合滤膜的装置，包括具有进口11和出口12的铸膜液储存罐5，在铸膜液储存罐5的进口侧设置有具有电机的送管胶轮2，在铸膜液储存罐5的出口侧设置有凝固浴水槽7，在铸膜液储存罐5的上部设置有铸膜液装填口3；在所述铸膜液储存罐5的出口处设置有铸膜液刮刀4，所述铸膜液刮刀4与铸膜液储存罐5相连通；在所述铸膜液储存罐5内设置有加热片6和活塞8，所述活塞8与设置在铸膜液储存罐5下方的气缸9的活塞杆相连接，所述气缸9设置在气缸柜10中。

所述单皮层复合滤膜的制备方法，按如下步骤执行：

步骤一：将聚乙烯烧结管1用自来水清洗干净，并在60℃的烘箱中将管内水分除尽后，安装在送管胶轮2上；

步骤二：按各组分的化学组成重量百分比为：聚偏氟乙烯12%，N-N二甲基乙酰胺82.5%，聚醚砜1%，聚乙烯基吡咯烷酮4.5%配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置5天使其熟化待用；

步骤三：将步骤二中熟化后的铸膜液通过铸膜液装填口3注入铸膜液储存罐5中，并通过加热片6调控铸膜液温度至60℃；

步骤四：开启送管胶轮2的电机，将聚乙烯烧结管1送入送管胶轮2并运动至铸膜液刮刀4处；

步骤五：开启铸膜液储存罐5内的气缸9，并同时开启送管胶轮2的电机，使聚乙烯烧结管1以0.07m/s的速度匀速通过铸膜液刮刀4；

步骤六：刮膜完毕后的聚乙烯烧结管1直接落入凝固浴水槽7中，在槽中停留8分钟后，再放入清洗水槽内浸泡48小时，并2小时换一次水；

步骤七：将浸泡好的膜管放入含40wt%的甘油溶液中浸泡30小时后，取出干燥即得到最终产品，即单皮层复合滤膜。

本发明在使用时，污水在压力作用下通过滤膜13和支撑体聚乙烯烧结管1进入管内壁15，污水中的杂质被拦截在滤膜13的表面，滤过液经中心管流出；运行30min后，滤膜13表面形成杂质层，此时用滤过液反向冲洗15s，将滤膜13表面的杂质层冲脱后，即可继续使用。

实施例3

如图1、图2所示，一种单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管1，在所述聚乙烯烧结管1管外壁的孔洞中涂刮有滤膜13，所述滤膜13的过滤孔径为0.03微米，所述聚乙烯烧结管1由超高分子量聚乙烯粉烧结成型。

所述滤膜13各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯15%，N-N二甲基乙酰胺81%，聚醚砜0.5%，聚乙烯基吡咯烷酮3.5%。

如图3所示，制备所述单皮层复合滤膜的装置，包括具有进口11和出口12的铸膜液储存罐5，在铸膜液储存罐5的进口侧设置有具有电机的送管胶轮2，在铸膜液储存罐5的出口侧设置有凝固浴水槽7，在铸膜液储存罐5的上部设置有铸膜液装填口3；在所述铸膜液储存罐5的出口处设置有铸膜液刮刀4，所述铸膜液刮刀4与铸膜液储存罐5相连通；在所述铸膜液储存罐5内设置有加热片6和活塞8，所述活塞8与设置在铸膜液储存罐5下方的气缸9的活塞杆相连接，所述气缸9设置在气缸柜10中。

所述单皮层复合滤膜的制备方法，按如下步骤执行：

步骤一：将聚乙烯烧结管1用自来水清洗干净，并在60℃的烘箱中将管内水分除尽后，安装在送管胶轮2上；

步骤二：按各组分的化学组成重量百分比为：聚偏氟乙烯15%，N-N二甲基乙酰胺81%，聚醚砜0.5%，聚乙烯基吡咯烷酮3.5%配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置10天使其熟化待用；

步骤三：将步骤二中熟化后的铸膜液通过铸膜液装填口3注入铸膜液储存罐5中，并通过加热片6调控铸膜液温度至80℃；

步骤四：开启送管胶轮2的电机，将聚乙烯烧结管1送入送管胶轮2并运动至铸膜液刮刀4处；

步骤五：开启铸膜液储存罐5内的气缸9，并同时开启送管胶轮2的电机，使聚乙烯烧结管1以0.07m/s的速度匀速通过铸膜液刮刀4；

步骤六：刮膜完毕后的聚乙烯烧结管1直接落入凝固浴水槽7中，在槽中停留10分钟后，再放入清洗水槽内浸泡72小时，并3小时换一次水；

步骤七：将浸泡好的膜管放入含50wt%的甘油溶液中浸泡48小时后，取出干燥即得到最终产品，即单皮层复合滤膜。

本发明在使用时，污水在压力作用下通过滤膜13和支撑体聚乙烯烧结管1进入管内壁15，污水中的杂质被拦截在滤膜13的表面，滤过液经中心管流出；运行30min后，滤膜13表面形成杂质层，此时用滤过液反向冲洗15s，将滤膜13表面的杂质层冲脱后，即可继续使用。

Claims (7)

1.一种单皮层复合滤膜，包括聚乙烯烧结管，其特征在于在所述聚乙烯烧结管管外壁的孔洞中涂刮有滤膜。

2.根据权利要求1所述的一种单皮层复合滤膜，其特征在于所述滤膜的过滤孔径为0.03～0.2微米。

3.根据权利要求1所述的一种单皮层复合滤膜，其特征在于所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯12～19%，N-N二甲基乙酰胺78.5～85.5%，聚醚砜0.5～1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2～5%。

4.根据权利要求3所述的一种单皮层复合滤膜，其特征在于所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯17%，N-N二甲基乙酰胺79%，聚醚砜1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2.5%。

5.根据权利要求3所述的一种单皮层复合滤膜，其特征在于所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯12%，N-N二甲基乙酰胺82.5%，聚醚砜1%，聚乙烯基吡咯烷酮4.5%。

6.根据权利要求3所述的一种单皮层复合滤膜，其特征在于所述滤膜各组分的化学组成按重量百分比为：聚偏氟乙烯15%，N-N二甲基乙酰胺81%，聚醚砜0.5%，聚乙烯基吡咯烷酮3.5%。

7.权利要求1所述的单皮层复合滤膜的制备方法，其特征在于，按如下步骤执行：

步骤一：将聚乙烯烧结管洗净烘干后，安装在送管胶轮上；

步骤二：按各组分的化学组成重量百分比为：聚偏氟乙烯12～19%，N-N二甲基乙酰胺78.5～85.5%，聚醚砜0.5～1.5%，聚乙烯基吡咯烷酮2～5%配置铸膜液，搅拌均匀至溶解后，放置2～10天使其熟化待用；

步骤三：将步骤二中熟化后的铸膜液通过铸膜液装填口注入铸膜液储存罐中，并通过加热片调控铸膜液温度至45～80℃；

步骤四：开启送管胶轮的电机，将聚乙烯烧结管送入送管胶轮并运动至铸膜液刮刀处；

步骤五：开启铸膜液储存罐内的气缸，并同时开启送管胶轮的电机，使聚乙烯烧结管匀速通过铸膜液刮刀；

步骤六：刮膜完毕后的聚乙烯烧结管直接落入凝固浴水槽中，在槽中停留2～10分钟后，再放入清洗水槽内浸泡24～72小时，并1～3小时换一次水；

步骤七：将浸泡好的膜管放入含30～50wt%的甘油溶液中浸泡24～48小时后，取出干燥即得到最终产品，即单皮层复合滤膜。

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