CN107952369B - 一种中空纤维膜接触器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空纤维膜接触器及其应用，该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。膜接触器中的中空纤维膜丝通过编织显著改善其分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，对膜接触器的传质效果可以起到明显的强化作用，同时不会降低膜丝的装填率即膜接触器的接触面积。本发明中的中空纤维膜接触器可用于气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理等过程。

Description

一种中空纤维膜接触器及其应用
技术领域
本发明涉及一种中空纤维膜接触器及其应用。
背景技术
膜接触器是近年来发展起来的新型技术，是用于实现气液两相传质而不直接接触的过程。膜接触器与传统接触系统相比有很多优点，例如较大的传质面积、结构紧凑、占地体积小、操作条件限制少、无雾沫夹带、液泛、泡沫等问题，因此在膜蒸馏、工业废水处理、气体吸收、乳化等领域受到人们广泛关注[E.Drioli,A.Criscuoli,E.Curcio,MembraneContactors:Fundamentals,Applications and Potentialities,vol.11,Elsevier,December 2005]。
目前采用的中空纤维膜接触器大多为平直式组件，即成束的中空纤维膜丝沿组件长度方向平行排列。这种构型给传质过程带来诸多不利影响，例如中空纤维膜丝的随机装填使其在壳程分布非常不均，使用过程易造成流体的沟流、短路和死区等非理想行为，对传质效果有极大的不良影响。
为了改善平直式中空纤维膜组件的上述缺点，研究学者相继发明了挡板、矩形组件等新型膜接触器以改善壳程流体的传质效果[Z.Cui,D.deMontigny,Part 7:A reviewof CO2capture using hollow fiber membrane contactors,Carbon Management 4(2013)69–89]。此外，还有研究者对膜丝进行缠绕、弯曲、穿网固定、编织手段等以强化传质过程[刘丽英，李利君，丁忠伟，马润宇，缠绕式中空纤维膜组件强化膜两侧传质过程，膜科学与技术，2005年，第25卷第6期，17-20]，[Xing Yang,Rong Wang,Anthony G.Fane.Noveldesigns for improving the performance of hollow fiber membrane distillationmodules,Journal of Membrane Science 384(2011)52–62]，[中国专利CN201320421198.1]，但这些方法存在不易操作、膜丝装填率低(一般仅为30％以下)、壳程分布依然不均等不足，膜接触器的装填面积和过程的传质效果仍有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种中空纤维膜接触器及其应用，通过中空纤维膜丝的特定编织，显著改善其分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，提高膜丝装填率，并强化对膜接触器在气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理等过程的传质效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种中空纤维膜接触器，该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器。
所述特定编织方法为将中空纤维膜丝交叉编织成绳状。
编织每根绳所用的膜丝为3-10股，每股膜丝数量为1-20根。
本发明还提供一种方案，其中编织每根绳所用的膜丝为3-5股，每股膜丝数量为1-5根。
本发明所述的中空纤维膜丝的交叉编织角度为5-60°，优选为30-45°；
所述中空纤维膜丝的内径为0.2-1.0mm，外径为0.3-2.0mm，平均孔径为0.05-1.0μm。
中空纤维膜丝为聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或疏水改性的聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。
本发明所述中空纤维膜接触器的组件外壳为圆柱形或矩形，包括管程进口、管程出口、壳程进口和壳程出口共四个接口；膜丝与外壳间通过环氧树脂或聚氨酯粘接密封。
编织后的中空纤维膜丝在膜接触器组件内的装填率为30-65％，优选为40-55％。
本发明还提供一种上述中空纤维膜接触器的应用。
本发明所述的中空纤维膜接触器能够广泛应用，在原始能够使用的领域内，将其中的中空纤维膜丝进行上述方法编织后，其均能够有效改善中空纤维膜接触器的性能。
本发明还提供一种方案，上述的中空纤维膜接触器能够用于气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理。
本发明具有如下优点：
将中空纤维膜丝进行编织后放入中空纤维膜接触器，可以显著改善其在组件内的分布均匀性，消除壳程流体的沟流、短路和死区等不良影响，强化膜接触器使用过程中的传质效果。同时，由于传统编织方法是将膜丝缠绕在中心管上，或者用编织线或网固定，中心管、编织线或者网占据了膜丝的空间，因此降低了膜丝的有效装填率和接触面积，而本申请使用的膜丝编织方法避免使用中心管、编织线或者网，依靠膜丝本身实现结构优化，因此可以保持膜丝装填率和接触面积，具有更好的实用价值。
附图说明
图1为未编织和编织的中空纤维膜丝示例图，其中，(a)为未编织的传统中空纤维膜，即平直形式；(b)为编织的中空纤维膜丝，即分为3股、每股1根；(c)为编织的中空纤维膜丝，即分为6股、每股1根；(d)为编织的中空纤维膜丝，即分为4股、每股2根。
图2为本发明中空纤维接触器示例图，其中，编织的中空纤维膜丝分为3股、每股1根。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
使用聚丙烯(PP)中空纤维膜接触器对沼气中CO2进行吸收。所用膜丝规格如下：内径0.3mm、外径0.5mm、平均孔径0.2μm；组件具体参数如下：组件内径25.0mm，长度500mm，装填密度均为54％，有效膜面积均为1.06m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为3股、每股1根、编织角度为30°)和未编织(即传统平直式)两种构型。沼气组成为60％CH4+40％CO2，吸收剂采用纯水，流量分别为1000mL/min和2000mL/min，操作压力为0.8MPa，气体走管程，纯水走壳程。产品气中CO2浓度用气相色谱进行测定，具体结果见表1所示。
可见，同样操作条件下产品气中CO2浓度大幅下降，脱除效果显著提升，说明本发明方法的膜丝编织可以极大改善膜接触器的传质效果。
表1.未编织和编织中空纤维膜接触器组件的CO2吸收结果对比
Figure BDA0001130746090000031
实施例2
使用聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜接触器进行膜蒸馏。所用膜丝规格如下：内径0.8mm、外径1.6mm、平均孔径0.3μm；组件具体参数如下：组件内径70.0mm，长度300mm，装填密度均为45％，有效膜面积均为1.30m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为4股、每股2根、编织角度为45°)和未编织(即传统平直式)两种构型。原水为自来水，走壳程，流量为50L/h，电导率为806μs/cm，操作温度为70℃，管程抽真空，真空度为-0.09MPa。产水电导率用电导率仪进行测定，具体结果见表2所示。
可见，膜丝编织对产水电导率影响不大，脱盐率均大于99.6％，但大幅提升了产水量，即膜丝的编织结构可以显著改善膜接触器壳程的传质效果。
表2.未编织和编织中空纤维膜组件膜蒸馏结果对比
产水量L/h 产水电导率μs/cm
未编织膜接触器组件 5.7 2.88
编织膜接触器组件 16.9 2.36
实施例3
使用聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜接触器进行氨氮废水处理过程。所用膜丝规格如下：内径0.5mm、外径1.0mm、平均孔径0.4μm；组件具体参数如下：组件内径40.0mm，长度500mm，装填密度均为50％，有效膜面积均为1.26m2；其中膜丝采用编织(编织膜丝分为3股、每股3根、编织角度为40°)和未编织(即传统平直式)两种构型。氨氮含量为2000ppm的废水走壳程，流量为6L/h，10％硫酸溶液走管程，流量为3L/h，具体测试结果见表3所示。
可见，膜丝编织与否对氨氮废水的处理效果有非常显著的影响，相同实验条件下，未编织组件处理后水中氨氮浓度为400ppm，脱除率仅为80％，而编织组件的浓度低于20ppm，脱除率高于99％，即膜丝的编织结构可以显著改善膜接触器壳程的传质效果。
表3.未编织和编织中空纤维膜组件氨氮废水处理结果对比
处理后的水中氨氮含量，ppm
未编织膜接触器组件 400
编织膜接触器组件 19

Claims (9)

1.一种中空纤维膜接触器，其特征在于：该中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，对所述中空纤维膜丝进行特定编织，然后装填到组件外壳内形成膜接触器；
所述特定编织的方法为将中空纤维膜丝交叉编织成绳状；
编织每根绳所用的膜丝为3-10股，每股膜丝数量为1-20根；
中空纤维膜丝的交叉编织角度为5-60°；
编织后的中空纤维膜丝在膜接触器组件内的装填率为30-65%。
2.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：
编织每根绳所用的膜丝为3-5股，每股膜丝数量为1-5根。
3.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：中空纤维膜丝的交叉编织角度为30-45°。
4.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：中空纤维膜丝的内径为0.2-1.0mm，外径为0.3-2.0mm，平均孔径为0.05-1.0μm。
5.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：中空纤维膜丝为聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或疏水改性的聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的一种或几种。
6.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：组件外壳为圆柱形或矩形，包括管程进口、管程出口、壳程进口和壳程出口共四个接口；中空纤维膜丝与外壳间通过环氧树脂或聚氨酯粘接密封。
7.按照权利要求1所述的中空纤维膜接触器，其特征在于：编织后的中空纤维膜丝在膜接触器组件内的装填率为40-55%。
8.一种权利要求1-7任一所述中空纤维膜接触器的应用。
9.按照权利要求8所述的应用，其特征在于：用于气体吸收、吸收剂再生、膜蒸馏和氨氮废水处理。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110902762B (zh) * 2018-09-17 2022-02-08 宁波方太厨具有限公司 自清洁滤芯及具有该滤芯的滤芯控制装置
CN111957210A (zh) * 2020-09-18 2020-11-20 中国人民解放军海军勤务学院 一种盘管加热式膜蒸馏组件
CN114618310A (zh) * 2022-04-09 2022-06-14 四川大学 编织型中空纤维膜组件及其制备方法
CN114939353B (zh) * 2022-06-22 2023-12-08 中国科学院生态环境研究中心 具有螺旋线结构的中空纤维膜及制备方法、膜接触反应器
CN114984772B (zh) * 2022-06-22 2023-08-01 中国科学院生态环境研究中心 聚四氟乙烯中空纤维膜及制备方法、膜接触反应器
WO2024155241A1 (en) * 2023-01-20 2024-07-25 Atera Water Pte Ltd Braided hollow fiber membrane composite structures

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1853763A (zh) * 2005-04-21 2006-11-01 中国科学院生态环境研究中心 中空纤维膜组件根部编织加强技术
CN201470317U (zh) * 2009-03-19 2010-05-19 孟广祯 束集成帘式膜过滤器
CN202105597U (zh) * 2011-05-31 2012-01-11 杭州凯洁膜分离技术有限公司 氨氮分离膜组件
CN102489181A (zh) * 2011-12-09 2012-06-13 北京碧水源科技股份有限公司 一种异质结构的中空纤维膜的制备方法
CN202638293U (zh) * 2012-05-30 2013-01-02 北京碧水源膜科技有限公司 纤维编织增强型中空纤维膜
CN103349914A (zh) * 2013-07-16 2013-10-16 杭州艾吉克膜科技有限公司 中空纤维膜接触器
CN203556294U (zh) * 2013-07-16 2014-04-23 杭州艾吉克膜科技有限公司 一种中空纤维膜接触器
CN104088059A (zh) * 2014-07-16 2014-10-08 杭州费尔过滤技术有限公司 一种中空纤维膜编织物的膜片
CN104226116A (zh) * 2014-07-01 2014-12-24 杭州求是膜技术有限公司 一种新型膜接触器及其制造工艺

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100361907C (zh) * 2003-02-13 2008-01-16 泽农技术合伙公司 受支撑的生物薄膜设备和反应器及处理液体方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1853763A (zh) * 2005-04-21 2006-11-01 中国科学院生态环境研究中心 中空纤维膜组件根部编织加强技术
CN201470317U (zh) * 2009-03-19 2010-05-19 孟广祯 束集成帘式膜过滤器
CN202105597U (zh) * 2011-05-31 2012-01-11 杭州凯洁膜分离技术有限公司 氨氮分离膜组件
CN102489181A (zh) * 2011-12-09 2012-06-13 北京碧水源科技股份有限公司 一种异质结构的中空纤维膜的制备方法
CN202638293U (zh) * 2012-05-30 2013-01-02 北京碧水源膜科技有限公司 纤维编织增强型中空纤维膜
CN103349914A (zh) * 2013-07-16 2013-10-16 杭州艾吉克膜科技有限公司 中空纤维膜接触器
CN203556294U (zh) * 2013-07-16 2014-04-23 杭州艾吉克膜科技有限公司 一种中空纤维膜接触器
CN104226116A (zh) * 2014-07-01 2014-12-24 杭州求是膜技术有限公司 一种新型膜接触器及其制造工艺
CN104088059A (zh) * 2014-07-16 2014-10-08 杭州费尔过滤技术有限公司 一种中空纤维膜编织物的膜片

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