CN104096486A - 一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膜材料技术领域，具体是一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法。该发明通过配料、挤出成型、外壁穿孔和定型，实现带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体的成型，尤其在坯体挤出的垂直方向上，通过长针往复运动，将坯体中作为导流槽的通道开孔并贯通，从而将坯体内部过滤通道与外部连通，使渗透液穿过薄壁后可以直接流出膜组件，实现每个膜过滤通道单元的渗透距离相等，从而使坯体进一步烧结成型后的膜元件具有渗透通量大、过滤效率高、反冲效果好、抗堵塞、耐污染、有效过滤面积大、使用成本低的优点，并且在使用过程中有利于过滤、清洗和再生，显著提升过滤效率。

Description

一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法

技术领域

本发明涉及膜材料技术领域，具体为一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法。

背景技术

膜分离技术是一门新兴的多学科交叉的高新技术，膜的材料涉及高分子化学和无机化学、膜的制备、分离特征、传递过程、流体力学、热力学、化工动力学、过程设计等等多方面学科。膜分离技术的应用涉及到各个行业，应用范围广、产业关联度大。与其他分离技术比较，它具有高效、节能、过程易控制、操作方便、环境友好、便于放大、占地小、易与其他技术集成等优点。在当今世界能源短缺、水资源匮乏和环境污染日益严重的情况下，膜技术更得到世界各国的高度重视，已成为推动国家支柱产业发展、改善人类生存环境、提高人们生活质量的共性技术。

现有的膜分离材料主要分为有机膜和无机膜两大类，其中有机膜采用有机聚合物制成，受限于材料的性质，具有通量小、寿命短、易污染、易老化、易破损、难反冲、预处理要求高等缺点；而无机膜由无机材料构成，具有有机膜无法比拟的强度和稳定性，尤其耐机械冲击、耐高温、耐高压、耐污染、使用寿命长等，成为行业开发的热点。无机膜的种类较少，主要有氧化物烧结的陶瓷膜、碳化硅膜和金属粉末烧结的金属膜等。目前工业化应用的无机膜主要为多通道管式膜，平板膜和无机中空纤维膜市场占有率很低，主要处于实验室应用级别。

目前工业化应用的多通道管式无机膜单根膜管具有多个通道，形成蜂窝状的结构；相比单通道膜管，这种多通道的形式在保证膜管机械强度的同时，也增加了与液料接触的面积，从而有效增大过滤效率，降低了膜生产成本和使用成本，这些优点导致其得到广泛的工业应用。多通道形式的管式无机膜在带来诸多优点的同时，也有其自身局限性，其局限性主要表现在内外通道膜过滤效率的不统一，由于中间通道与膜元件外部距离远大于外部通道的距离，导致中间通道产生的过滤液需要多级渗透，经较长的渗透距离后才能流出膜元件，其跨膜压差明显高于外部通道，从而使中间通道使用效率低下。内外通道使用效率上的差异，导致膜元件整体利用率偏低，更加容易产生堵塞的情况，也不利于膜元件的反冲和化学清洗。

发明内容

本发明的目的是针对现有多通道管式无机膜内部通道过滤效率远低于外部通道、膜元件整体利用率不高的情况，提供一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，该方法将导流槽将内部通道与过滤侧直接相连，内侧通道过滤液可直接流出，显著提升内侧通道的利用率，该方法最终烧制的无机膜具有通量大、过滤效率高、抗堵塞、耐污染、有效过滤面积大、使用成本低的优点，可替代目前多通道管式无机膜，广泛应用在各类液体的澄清、除杂、分离过滤中。

本发明要解决的另一个问题是：目前管式无机膜挤出机只能产生挤出方向上贯通的通道，而不能在挤出垂直的方向上实现贯通的通道。本发明通过长针往复运动将坯体刺穿，实现挤出垂直方向上的贯通，为导流槽的实现提供条件。

针对多通道管式无机膜元件单位体积有效过滤面积低、烧结原料消耗量大的情况，提供一种多通道薄壁无机膜元件，该膜元件采用50-1000μm的薄壁作为支撑层和过滤层，相比常规膜件过滤阻力更低、单位体积过滤面积更大、烧结材料用量更省，具有强度高、通量大、成本低、使用寿命长的特点；膜元件表征过滤孔径在0.005-10μm间，过滤层结构可以是对称结构或者非对称结构。

为解决现有多通道管式无机膜中存在的技术问题，本发明技术方案如下：

一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，它包括配料、挤出成型、外壁穿孔和定型，其特征是：

(1)配料

将1-200μm无机物颗粒、粘结剂、造孔剂、固化剂和溶剂按照质量百分比为(90wt％-55wt％)∶(20wt％-0wt％)∶(45wt％-0wt％)∶(0wt％-5wt％)∶(0wt％-1wt％)∶(5wt％-45wt％)混合，其中无机颗粒材质可以是氧化铝、氧化锆、碳化硅或金属成分；粘结剂为硅油、桐油、酚醛树脂、环氧树脂和糠醛树脂之一种或一种以上；造孔添加剂为纤维素、淀粉、酵母或聚乙烯醇之一种或一种以上；固化剂为对甲苯磺酸、乌洛托品、草酸或柠檬酸之一种或一种以上；溶剂为水或乙醇。以上物料经混料机机械搅拌20-60min，然后再进入练泥机内挤压混炼20-120min，再经密封保存0.5-4天，形成混合均匀并有良好塑性的浆料泥。

(2)挤出成型

根据设计要求加工一定形状的薄壁多通道模具，安装在挤出机机头处，将上述浆料加入挤出机料仓内，然后挤出设计形状的薄壁多通道膜坯体，挤出的薄壁多通道膜坯体通过“L形”折板承接。

(3)外壁穿孔

薄壁多通道膜坯体从挤出机机头挤出后，根据薄壁多通道模具分布情况，在需要穿孔的通道位置，通过长针上下方向以及左右方向往复运动刺穿薄壁多通道膜坯体，形成垂直挤出方向上的贯穿孔道，该贯穿孔道实现的功能为将相互平行的通道贯穿起来，使其成为薄壁多通道膜坯体的导流槽。

(4)定型

穿孔后的坯体先通过微波快速烘干定型，然后自然晾干或烘箱烘干，自然晾干时间为2-6天；烘箱烘干温度在40-90℃，烘干时间为5-20小时。

所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：薄壁多通道模具挤出的坯体通道截面为方形或倒圆及倒角后的方形，通道截面最短边长≥0.5mm，通道数量在2-100000个间，通道壁厚在50-1000μm间。

所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：长针直径≤0.5mm，长针长度≥薄壁多通道膜坯体厚度。

所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：长针往复运行可采用手动、气动、液动或电动的形式。

本发明具有以下有意效果：

本发明通过配料、挤出成型、外壁穿孔和定型，实现带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体的成型，尤其在坯体挤出的垂直方向上，通过长针往复运动，将坯体中作为导流槽的通道开孔并贯通，从而将坯体内部过滤通道与外部连通，使渗透液穿过薄壁后可以直接流出膜组件，实现每个膜过滤通道单元的渗透距离相等，从而使坯体进一步烧结成型后的膜元件具有渗透通量大、过滤效率高、反冲效果好、抗堵塞、耐污染、有效过滤面积大、使用成本低的优点，并且在使用过程中有利于过滤、清洗和再生，显著提升过滤效率。

具体实施方式：

实施例1：

(1)配料

将35μm氧化铝颗粒、桐油、淀粉、柠檬酸和水按照质量百分比为50∶5∶4∶1∶40混合以上物料经混料机机械搅拌30min，然后再进入练泥机内挤压混炼120min，再经密封保存3天，形成混合均匀并有良好塑性的浆料泥。

(2)挤出成型

将上述浆料加入挤出机料仓内，然后挤出设计形状的薄壁多通道膜坯体，挤出的薄壁多通道膜坯体通过“L形”折板承接。

(3)外壁穿孔

薄壁多通道膜坯体从挤出机机头挤出后，根据薄壁多通道模具分布情况，通过长针上下方向以及左右方向往复运动刺穿薄壁多通道膜坯体，形成垂直挤出方向上的贯穿孔道。

(4)定型

穿孔后的坯体先通过微波快速烘干定型，然后自然晾干，自然晾干时间为3天。

实施例2：

(1)配料

将25μm碳化硅颗粒、桐油、纤维素和水按照质量百分比为60∶5∶5∶30混合以上物料经混料机机械搅拌30min，然后再进入练泥机内挤压混炼120min，再经密封保存3天，形成混合均匀并有良好塑性的浆料泥。

(2)挤出成型

将上述浆料加入挤出机料仓内，然后挤出设计形状的薄壁多通道膜坯体，挤出的薄壁多通道膜坯体通过“L形”折板承接。

(3)外壁穿孔

薄壁多通道膜坯体从挤出机机头挤出后，根据薄壁多通道模具分布情况，通过长针上下方向以及左右方向往复运动刺穿薄壁多通道膜坯体，形成垂直挤出方向上的贯穿孔道。

(4)定型

穿孔后的坯体先通过微波快速烘干定型，然后烘箱烘干，烘箱烘干温度在60℃，烘干时间为12小时。

Claims (5)

1.一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，它包括配料、挤出成型、外壁穿孔和定型，其特征是：

(1)配料

将1-200μm无机物颗粒、粘结剂、造孔剂、固化剂和溶剂按照质量百分比为(90wt％-55wt％)∶(20wt％-0wt％)∶(45wt％-0wt％)∶(0wt％-5wt％)∶(0wt％-1wt％)∶(5wt％-45wt％)混合，经混料机机械搅拌20-60min，然后再进入练泥机内挤压混炼20-120min，再经密封保存0.5-4天，形成混合均匀并有良好塑性的浆料泥。

(2)挤出成型

根据设计要求加工一定形状的薄壁多通道模具，安装在挤出机机头处，将上述浆料加入挤出机料仓内，然后挤出设计形状的薄壁多通道膜坯体，挤出的薄壁多通道膜坯体通过L形折板承接。

(3)外壁穿孔

薄壁多通道膜坯体挤出后，根据薄壁多通道模具分布情况，在需要穿孔的通道位置，通过长针上下方向以及左右方向往复运动刺穿薄壁多通道膜坯体。

(4)定型

穿孔后的坯体先通过微波快速烘干定型，然后自然晾干或烘箱烘干，自然晾干时间为2-6天；烘箱烘干温度在40-90℃，烘干时间为5-20小时。

2.根据权利要求1所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：无机颗粒材质可以是氧化铝、氧化锆、碳化硅或金属成分；粘结剂为硅油、桐油、酚醛树脂、环氧树脂和糠醛树脂之一种或一种以上；造孔添加剂为纤维素、淀粉、酵母或聚乙烯醇之一种或一种以上；固化剂为对甲苯磺酸、乌洛托品、草酸或柠檬酸之一种或一种以上；溶剂为水或乙醇。

3.根据权利要求1所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：薄壁多通道模具挤出的坯体通道截面为方形或倒圆及倒角后的方形，通道截面最短边长≥0.5mm，通道数量在2-100000个间，通道壁厚在50-1000μm间。

4.根据权利要求1所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：长针直径≤0.5mm，长针长度≥薄壁多通道膜坯体厚度。

5.根据权利要求1所述的一种带导流槽的薄壁多通道管式无机膜坯体成型的方法，其特征是：长针往复运行可采用手动、气动、液动或电动的形式。