CN110586048A - 一种夹层式吸附功能膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利属于膜分离技术领域，涉及了一种夹层式吸附功能膜的制备方法。在两层过滤膜之间装填纳米级或亚微米级吸附剂，将膜边缘密封得到夹层式吸附功能膜。过滤时流体首先经过第一个过滤膜进行预过滤，再经过吸附剂层吸附，最后经过第二个过滤膜截留吸附剂。过滤膜可以是中空纤维式、管式、平板式，可组成套管式、平板式、卷式膜器，将上述若干膜器装在外壳中，组成膜组件。该吸附功能膜可以防止流体中微粒进入吸附剂微孔，也可避免吸附剂流失，膜材质和孔径可选范围广，吸附剂层厚度和空隙率可调，流动阻力小，有利于传质。

Description

一种夹层式吸附功能膜的制备方法
本发明属于功能材料技术领域。
背景技术
吸附法是利用多孔固体作为吸附剂吸附水中或气体中目标物质的方法。目前广泛应用的吸附装置为吸附床，优点是处理量大，缺点是吸附剂颗粒大，内扩散阻力大，吸附速率低。膜吸附是近年来出现的一种极具竞争力的新型吸附技术，通过将具有吸附作用的特定功能基团或吸附剂固定或负载在多孔膜中制得吸附功能膜，操作时采用流体流经膜微孔的模式，实现吸附和膜过滤的完美结合，多用于微量物质的吸附，具有膜片薄、流体阻力小、传质阻力低、处理效率高、能耗低等优点。
传统的吸附功能膜可分为两类：(1)吸附剂/高分子混合基质膜。在高分子基质中加入吸附剂，通过相转化法制得膜。(2)吸附剂/高分子复合膜。将吸附剂负载于多孔膜层的表面，形成具有吸附活性的薄层，沸石、Ag等可以通过原位生长、自组装、化学接枝、交联等方法负载于膜表面。但上述吸附功能膜尚存在一些问题：混合基质膜中吸附剂颗粒难以在高分子基质中均匀分散，造成吸附剂颗粒团聚，降低了吸附剂的利用效率，过量吸附剂的加入还会导致铸膜液粘度增加，制约了相转化过程，因此吸附剂的适宜添加量一般在10wt％以下；附着在膜表面的吸附剂颗粒易于脱落，导致二次污染和吸附性能降低等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服传统吸附功能膜的缺点，制备一种夹层式吸附功能膜。
本发明技术方案的原理是：在两层过滤膜之间装填纳米级或亚微米级吸附剂，将膜边缘密封得到夹层式吸附功能膜。过滤时流体首先经过第一个过滤膜进行预过滤，再经过吸附剂层吸附，最后经过第二个过滤膜截留吸附剂。过滤膜可以是中空纤维式或管式，将两种不同内径的中空纤维式或管式膜组成同心套管，套管间隙装填吸附剂；过滤膜也可以是平板膜，在两层平板膜之间装填吸附剂，组成平板式或卷式膜器。将若干个套管式、平板式、卷式膜器装在外壳中，组成膜组件。该吸附功能膜具有以下优点：过滤膜的作用是预过滤、后过滤和流体分布器，可以防止流体中微粒进入吸附剂微孔，也可避免吸附剂流失，这对于纳米级和价格较高的吸附剂尤其重要，也避免了由于吸附剂流失而造成的二次污染；过滤膜可以选用商品化膜，材质和孔径可选范围广，可以是无机膜或高分子膜，微滤膜或超滤膜；吸附剂可以采用纳米或亚微米级颗粒，内扩散阻力小，吸附剂层厚度和空隙率可调，流动阻力小，有利于传质，吸附剂装填量远高于传统的混合基质膜，吸附能力高；组件内膜的装填密度高。
一种夹层式吸附功能膜的制备方法，其特征在于：在两层过滤膜之间装填纳米级或亚微米级吸附剂，将膜边缘密封得到夹层式吸附功能膜。过滤时流体首先经过第一个过滤膜进行预过滤，再经过吸附剂层吸附，最后经过第二个过滤膜截留吸附剂。过滤膜可以是中空纤维式或管式，将两种不同内径的中空纤维式或管式膜组成同心套管，套管间隙装填吸附剂；过滤膜也可以是平板膜，在两层平板膜之间装填吸附剂，然后组成平板式或卷式膜器。将若干套管式、平板式、卷式膜器装在外壳中，组成膜组件。如上所述的流体包括液体和气体。
附图说明
图1聚醚砜/亚铁氰化铁/聚丙烯套管式吸附功能膜
图2陶瓷/MIL-53(Al)/陶瓷平板式吸附功能膜
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：聚醚砜/亚铁氰化铁/聚丙烯套管式吸附功能膜的制备
如附图1所示，选取膜孔径为0.01μm、内外径分别为0.8mm和1.2mm的聚醚砜中空纤维膜为外管1，选取膜孔径为0.1μm、内外径分别为0.4mm和0.6mm的聚丙烯中空纤维膜为内管3，组成同心套管，套管间隙装填一定量纳米亚铁氰化铁吸附剂2，套管两端的膜间隙用密封胶4密封，得到聚醚砜/亚铁氰化铁/聚丙烯夹层式吸附功能膜。采用错流式操作(进料走内管，渗透物由外管外侧流出；进料也可走外管外侧，渗透物走内管)将该膜用于10ppm的Cs+溶液吸附，吸附容量达到112mg/g(吸附剂)。
实施例2：陶瓷/MIL-53(Al)/陶瓷平板式吸附功能膜的制备
如附图2所示，在膜孔径为0.01μm的两层平板陶瓷膜2中间装填一定量纳米MIL-53(Al)吸附剂3，平板膜之间的边缘用密封条4密封，得到平板式陶瓷/MIL-53(Al)/陶瓷吸附功能膜，装入外壳1中构成膜组件，用于10ppm的Cu2+溶液吸附，吸附容量达到44mg/g(吸附剂)。
实施例3：聚丙烯腈/氧化石墨烯/聚丙烯腈卷式吸附功能膜的制备
选取两张截留分子量为10万的聚丙烯腈平板膜，两层膜中间填加氧化石墨烯吸附剂，用树脂将两层膜的四个边黏结密封。将上述吸附功能膜和网状间隔器绕渗透物中心管卷绕，形成聚丙烯腈/氧化石墨烯/聚丙烯腈卷式吸附功能膜，安装在外壳中构成组件，用于10ppm Cu2+溶液吸附，吸附容量达到30mg/g。

Claims (5)

1.一种夹层式吸附功能膜的制备方法，其特征在于：在两层过滤膜之间装填纳米级或亚微米级吸附剂，将膜边缘密封得到夹层式吸附功能膜。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：过滤时流体首先经过第一个过滤膜进行预过滤，再经过吸附剂层吸附，最后经过第二个过滤膜截留吸附剂。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：过滤膜可以是中空纤维式或管式，将两种不同内径的中空纤维式或管式膜组成同心套管，套管间隙装填吸附剂；过滤膜也可以是平板膜，在两层平板膜之间装填吸附剂，然后组成平板式或卷式膜器。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：将若干套管式、平板式、卷式膜器装在外壳中，组成膜组件。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的流体包括液体和气体。
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