CN109289553A - 连续制备中空纤维复合膜的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续制备中空纤维复合膜的装置及方法，将中空纤维复合膜放入盛有水相单体溶液的浸涂器，浸润处理一段时间后，进行干燥处理,然后传送至装有交联剂有机相溶液的耐压玻璃管中，纤维膜表面的水相单体和交联剂发生界面聚合的功能化反应，纤维膜表面附着聚酰胺、聚酰亚胺功能层，采用一定的方法使新生涂层固定化，最后将中空纤维复合膜卷绕成捆。本发明优势在于解决了目前中空纤维复合膜无法工业连续生产的问题，而且有机溶液用量少、能耗低、方法简单易行、可操控性强、运行成本低和连续生产。

Description

连续制备中空纤维复合膜的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种中空纤维复合膜制造技术领域，尤其涉及一种连续制备中空纤维复合膜的装置及方法。
背景技术
复合膜是指在多孔的支撑底膜上复合一层超薄致密、有特殊分离功能的不同材料。与一体化膜比较，复合膜的功能层薄而致密，从而使膜同时具有高的溶质分离率和水透过速率；另外，复合膜各层的物理化学结构可优化，以满足各种不同的选择性分离需求。复合膜成膜工艺包括界面聚合，就地聚合，表面涂覆，等离子体聚合等方法。
当前广泛用于水处理行业中的纳滤膜和反渗透膜均为复合膜。纳滤膜和反渗透膜一般是采用界面聚合法将聚酰胺薄膜复合到微孔支撑底膜的表面来制备。纳滤膜和反渗透膜对有机小分子和无机离子具有卓越的选择分离性能，同时具有材料安全卫生，环境友好，易操作等优点。纳滤和反渗透技术是深度水处理关键技术，是当前发展最快、应用最多的分离膜品种。其应用包括海水及苦咸淡化，硬水软化，中水回收，工业废水处理，超纯水制备等领域。
目前，国内外纳滤膜和反渗透膜主要为平板膜片采用特殊卷绕工艺制备成卷式膜组件，中空纤维型复合膜(纳滤膜、反渗透膜)尚未有工业生产及应用。现有工业化中空纤维膜为微孔滤膜，具有生产工艺简单、比表面积大、膜组件装填密度高和清洗维修方便等优点，所以其生产和使用成本较低，被广泛应用于大规模水处理工程中。一般作为预处理技术用于生产循环水、纯水和饮用水，或作为污水处理终端处理技术实现污水回用或达标排放。
该装置及工艺的开发可为中空纤维涂层、纳滤膜和反渗透膜等复合膜的制备提供新的制膜装置；提供连续化的中空纤维涂覆工艺、中空纤维型复合膜制造工艺，提升我国高端膜制造装置及工艺开发技术水平。
中空纤维型复合膜兼容中空纤维和复合膜的优点，且价格低廉。该膜品种开发可为纳滤、反渗透技术提供新品种的分离膜；提升国产膜在纳滤、反渗透等高端膜技术水平。
目前，存在着中空纤维复合膜无法工业连续生产的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种连续制备中空纤维复合膜的装置及方法，用以突破中空纤维型复合膜(纳滤膜、反渗透膜)尚未有工业生产及应用的瓶颈，实现中空纤维复合膜的连续生产。
为实现上述目的，本发明提供一种连续制备中空纤维复合膜的装置及方法，该装置可用于中空纤维复合膜的连续在线生产，即通过实现连续在线涂覆水相单体溶液、纤维干燥、功能化(交联、等方法)和涂层固定化等工艺，最终得到中空纤维复合膜；其功能层为聚酰胺、聚酰亚胺或其他高分子材料。
进一步地，本装置主要部分包括：水相单体溶液浸涂器1；导辊2；风干装置3；动力导辊4a；前处理装置5；皮带传送装置6；功能化装置7；动力导辊8b；后处理装置9；动力导辊10c；卷绕装置11。
进一步地，前处理装置5为热风循环干燥装置，可控温度为10—100℃，风速为10-1500m/h；皮带传送装置6中皮带传送速度为1-100m/h；功能化装置7由耐压玻璃管、导辊和有机溶剂泵组成，耐压玻璃管的长度为2-5m，耐压玻璃管中灌满交联剂有机溶液，利用有机溶剂泵使有机溶液流动，流动速度为1-100m/h；后处理装置9可为热风循环干燥装置，可控温度为10-100℃，风速为10-1500m/h；后处理装置9也可为化学处理装置；卷绕装置11的卷绕速度为1-100m/h。
进一步地，将聚砜、聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯腈等材质的中空纤维膜放入盛有水相单体溶液的水相单体溶液浸涂器1中浸润处理一段时间；浸有水相单体的中空纤维经导辊2、风干装置3、动力导辊4a，牵引至前处理装置5进行干燥处理；由皮带传送装置6输送至功能化装置7的耐压玻璃管中，管中为交联剂的有机相溶液，纤维表面的水相单体和交联剂发生界面聚合等功能化反应得到聚酰胺、聚酰亚胺等功能层；新制备的中空纤维复合膜再经动力导辊8b、动力导辊10c牵引至后处理装置9采用热风或化学处理等方法使新生涂层固定化；最后采用卷绕装置11将中空纤维复合膜卷绕成大卷。与现有技术相比，本发明连续制备中空纤维复合膜的装置及方法，其有益效果在于在中空纤维外表面连续实现水相单体浸涂、干燥、功能层制造及固定化等工艺，有利于生产的连续进行，提高了生产效率，复合膜制造过程中张力较低，采用了皮带传送、有机相漂流等低动力方式，防止中空纤维膜发生牵伸形变；采用流动的交联剂溶液促进交联反应的发生，产生的功能层结构均匀、致密，交联效果好。采用耐压玻璃管作为有机相的容器，有机溶剂的使用量少，且易于回收，因此环境污染少。由于实现连续生产，且有机溶液用量少，因此方法简单易行、运行成本较低、能耗少、可操控性强、生产成本低。
附图说明
图1为本发明连续制备中空纤维复合膜装置的结构示意图；水相单体溶液浸涂器-1；导辊-2；风干装置-3；动力导辊a-4；前处理装置(热风)-5；皮带传送装置-6；功能化装置-7；动力导辊b-8；后处理装置-9；动力导辊c-10；卷绕装置-11。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
将聚砜中空纤维膜在含有1.0％哌嗪和其他添加剂的水相溶液中浸泡一段时间，后随传送装置进入热风装置(温度为10℃、风速为10m/h)在线干燥约10s，经传送速度为1m/h的皮带传送至耐压玻璃管中，有机溶液流动速度为1m/h；有机溶液中含有的均苯三甲酰氯与哌嗪进行界面聚合反应生成聚酰胺涂层。中空纤维复合膜被动力导辊送入后处理装置(热风循环干燥装置温度为10℃、风速为10m/h)固化处理；随后，中空纤维复合膜被卷绕装置卷成大卷备用。所得中空纤维复合膜在25℃、0.6MPa压力下对1500ppm的MgSO4水溶液进行脱盐实验，MgSO4截留率为90.3％，水通量为40L/m2.h。
实施例2
将聚偏氟乙烯中空纤维膜在含有1.0％哌嗪和其他添加剂的水相溶液中浸泡一段时间，后随传送装置进入热风装置(温度为50℃、风速为500m/h)在线干燥约5s，经传送速度为50m/h的皮带传送至耐压玻璃管中，有机溶液流动速度为50m/h；有机溶液中含有的均苯三甲酰氯与哌嗪进行界面聚合反应生成聚酰胺涂层。中空纤维复合膜被动力导辊送入后处理装置(热风循环干燥装置温度为100℃、风速为1500m/h)固化处理；随后，中空纤维复合膜被卷绕装置卷成大卷备用。所得中空纤维复合膜在25℃、0.6MPa压力下对1500ppm的MgSO4水溶液进行脱盐实验，MgSO4截留率为94.3％，水通量为50L/m2.h。
实施例3
将聚醚砜中空纤维膜在含有1.0％聚乙烯亚胺和其他添加剂的水相溶液中浸泡一段时间，后随传送装置进入热风装置(温度为100℃、风速为1500m/h)在线干燥约2s，经传送速度为100m/h的皮带传送至耐压玻璃管中，有机溶液流动速度为100m/h；有机溶液中含有的均苯三甲酰氯与聚乙烯亚胺进行界面聚合反应生成支化聚酰亚胺涂层。中空纤维复合膜被动力导辊送入后处理装置(化学处理装置)固化处理；随后，中空纤维复合膜被卷绕装置卷成大卷备用。所得中空纤维复合膜在25℃、0.6MPa压力下对1500ppm的MgSO4水溶液进行脱盐实验，MgSO4截留率为99.3％，水通量为40L/m2.h。
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
至此，已经结合实施例所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续制备中空纤维复合膜的方法，其特征在于，将中空纤维复合膜放入盛有水相单体溶液的浸涂器，浸润处理一段时间后，进行干燥处理,然后传送至装有交联剂有机相溶液的耐压玻璃管中，纤维膜表面的水相单体和交联剂发生界面聚合的功能化反应，纤维膜表面附着聚酰胺、聚酰亚胺功能层，采用一定的方法使新生涂层固定化，最后将中空纤维复合膜卷绕成捆。
2.根据权利要求1所述连续制备中空纤维复合膜的方法，其特征在于，所述中空纤维复合膜包括：聚砜中空纤维复合膜、聚偏氟乙烯中空纤维复合膜、聚醚砜中空纤维复合膜和聚丙烯腈中空纤维复合膜。
3.根据权利要求1所述连续制备中空纤维复合膜的方法，其特征在于，所述水相单体溶液包括1.0％哌嗪和其他添加剂的水相溶液或1.0％聚乙烯亚胺和其他添加剂的水相溶液；所述水相单体溶液温度为10-100℃，风速为10-1500m/h。
4.根据权利要求1所述连续制备中空纤维复合膜的方法，其特征在于，所述采用一定的方法为：采用热风和化学处理的方法。
5.根据权利要求1所述连续制备中空纤维复合膜的方法，其特征在于，所述干燥处理，在线干燥2-10秒。
6.一种连续制备中空纤维复合膜的装置，其特征在于，包括水相单体溶液浸涂器、导辊、风干装置、动力导辊a、前处理装置、皮带传送装置、功能化装置、动力导辊b、动力导辊c、后处理装置和卷绕装置。
7.根据权利要求6所述连续制备中空纤维复合膜的装置，其特征在于，所述前处理装置为热风循环干燥装置，可控温度为10-100℃，风速为10-1500m/h；所述皮带传送装置中皮带传送速度为1-100m/h；所述功能化装置由耐压玻璃管、所述导辊和有机溶剂泵组成，耐压玻璃管的长度为2-5m，耐压玻璃管中灌满交联剂有机溶液，利用有机溶剂泵使有机溶液流动，流动速度为1-100m/h；所述后处理装置可为热风循环干燥装置，可控温度为10-100℃，风速为10-1500m/h；所述后处理装置也可为化学处理装置；卷绕装置11的卷绕速度为1-100m/h。
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