CN111001300A - 一种高密封性电渗析膜堆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，包括以下步骤：(1)将具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装后，安装上下盖板并压紧支撑膜堆(2)将步骤(1)的膜堆加热，使得隔板四周的塑料边框与膜片上的热塑性高分子材料熔融渗透，膜堆实现一体密封；(3)将步骤(2)制备得到的一体密封的膜堆放入室温冷却。通过直接加热膜堆的方式，使得隔板四周的热塑性塑料和膜片上的热塑性粘结剂软化，在盖板和螺栓的高压力下，高分子链蠕变缓慢渗透到膜片表面层，达到熔接的效果。本发明所使用的方法过程简单，且制备的电渗析膜堆密封性好，承压能力强。

Description

一种高密封性电渗析膜堆的制备方法
技术领域
本发明涉及电渗析技术领域，特别是涉及一种高密封性电渗析膜堆的制备方法。
背景技术
电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合，在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过，如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三大部分构成，其主要结构单元包括阳膜、隔板、阴膜，一个结构单元也叫一个膜对，一台电渗析器由许多膜对组成，这些膜对总称为膜堆。为了把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体，可采用压板和螺栓拉紧的方式，也可采用液压压紧的方式。
电渗析膜堆层压式结构决定了其不能承受很大的水压，通常运行压力不能超过0.2MPa，很大的限制了电渗析的广泛应用。膜堆的密封性是由膜片和隔板的平整度和压弹性配合而成，稍微的不平整或者层间有异物，就会造成渗漏。随着膜堆运行时间加长，还会出现膜片变形的情况，漏水风险更高。现有技术中为提高密封性，有隔板使用三层材料，上下两层是硅胶垫提高密封性的方法，还有在隔板上增加凸起的筋状结构等方法。最关键的是这些方法要确保长时间高压力下膜堆上下盖板保持完全的平整，通常需要使用10mm以上厚度的钢板。这些方法均只能改善密封性，漏水还是有可能发生。还有用聚氨酯或者环氧胶把膜堆的四个侧面密封的方法，但是胶水和每一层膜片、隔板、上下盖板和电极层的粘合性不能保证，尤其在长时间暴露在外界，各个部分老化形变，会导致胶面开裂。Evoqua阐述了一种密封方法，隔板直接使用聚丙烯隔网而没有四周密封，在膜堆装好后把膜堆的四个侧面依次用灌封胶固化，达到一个完整密封的膜堆组件，但是此方法耗时长，需要4-8个面依次固化，且进出水口需要塑料薄膜保护，最后进行冲孔，工艺复杂。
因此，针对现有技术不足，提供一种高密封性电渗析膜堆的制备方法以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，通过直接加热膜堆的方法，使得隔板四周的热塑性塑料和膜片上的热塑性粘结剂熔融渗透连接，达到一体密封膜堆的效果，方法简单，且制备的膜堆承压能力强。
本发明的目的通过以下技术措施实现。
提供一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装后，安装上下盖板并压紧支撑膜堆；
(2)将步骤(1)的膜堆加热，使得隔板四周的塑料边框与膜片上的热塑性高分子材料熔融渗透，膜堆实现一体密封；
(3)将步骤(2)制备得到的一体密封的膜堆放入室温冷却。
优选的，步骤(1)中所述隔板设置有支撑网和塑料边框，塑料边框连接于支撑网四周。
优选的，所述塑料边框材质为热塑性高分子材料EVA、PVC、PP、PE或PET，所述支撑网材质为聚丙烯。
优选的，步骤(1)中所述膜片为异相离子交换膜或半均相离子交换膜。
优选的，步骤(2)中将步骤(1)的膜堆放入烘箱中加热。
优选的，步骤(2)中加热温度为60～120℃，加热时间为1～48小时。
优选的，加热温度为70～90℃，加热时间为16～20小时。
优选的，加热温度为75～85℃，加热时间为17～19小时。
优选的，加热温度为80℃，加热时间为18小时。
优选的，步骤(1)中通过螺丝进行上下盖板压紧制成膜堆。
本发明的一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，包括以下步骤：(1)将具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装后，安装上下盖板并压紧支撑膜堆(2)将步骤(1)的膜堆加热，使得隔板四周的塑料边框与膜片上的热塑性高分子材料熔融渗透，膜堆实现一体密封；(3)将步骤(2)制备得到的一体密封的膜堆放入室温冷却。通过直接加热膜堆的方式，使得隔板四周的热塑性塑料和膜片上的热塑性粘结剂软化，在盖板和螺栓的高压力下，高分子链蠕变缓慢渗透到膜片表面层，达到熔接的效果。本发明所使用的方法过程简单，且制备的电渗析膜堆密封性好，承压能力强。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，包括以下步骤：(1)将具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装后，安装上下盖板并压紧支撑膜堆；(2)将步骤(1)的膜堆加热，使得隔板四周的塑料边框与膜片上的热塑性高分子材料熔融渗透，膜堆实现一体密封；(3)将步骤(2)制备得到的一体密封的膜堆放入室温冷却。用盖板和螺丝将隔板和膜片压紧是为了防止层与层之间不平整或者有异物导致膜堆的渗漏现象，造成电渗析器的损坏。加热膜堆可以直接将膜堆放入烘箱中加热，但要注意温度不能过高，以防高温使膜片分解。
本实施例中，步骤(1)中所述隔板设置有支撑网和塑料边框，塑料边框连接于支撑网四周。隔板是将膜片分离形成水室，支撑网可以保证水室中离子交换的进行，塑料边框起到水道密封，分隔浓水进水孔和淡水进水孔的作用。
本实施例中，所述塑料边框材质为热塑性高分子材料EVA、PVC、PP、PE或PET，所述支撑网材质为聚丙烯。热塑性高分子材料熔点低，具有良好的抗化学腐蚀、防菌防水等优点，加热融熔到一定程度变为能流动，并具有一定黏度的液体，有利于隔板与膜片的熔接。
本实施例中，步骤(1)中所述膜片为异相离子交换膜或半均相离子交换膜。这两种膜均含有热塑性高分子材料，热塑性高分子材料加热时变软以至流动，加热时膜片中的热塑性高分子材料软化后会和隔板上加热熔融的EVA在盖板和螺栓的高压力下通过高分子蠕变缓慢混合，冷却后热塑性高分子材料重新变硬，隔板和膜片达到熔接状态。
本实施例中，步骤(2)中将步骤(1)的膜堆放入烘箱中加热。步骤(2)中加热温度为60～120℃，加热时间为1～48小时。此温度范围内，膜片依然可以使用，不会造成分解。且在加热过程中膜片是湿润的，水汽会保护膜片温度不会超过100℃，使得膜片分解的可能性更小。
本实施例中，步骤(1)中通过螺丝进行上下盖板压紧制成膜堆。用盖板压紧膜堆，加固螺丝，使得膜堆受到压合力，能够保证膜堆的平整性，保证膜堆的脱盐率。
该高密封性电渗析膜堆的制备方法，选用热塑性高分子材料制成的隔板边框和含有热塑性高分子材料的异相离子交换膜或半均相离子交换膜，将制成好的膜堆直接进行加热，热塑性高分子材料会软化相互熔融，使得隔板和膜堆熔接达到密封状态。该方法工艺简单，且制备的膜堆密封性好，可以耐水压超过0.6MPa。此外，由于膜堆自身可以承压，上下盖板不需要使用非常厚的钢材，可以使用质量轻又便宜的硬塑料，比如PC，亚克力，PP玻纤等材料，使得膜堆既减轻了重量，也减少了成本。
实施例2。
一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：加热温度为70～90℃，加热时间为16～20小时。膜堆由具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装构成，后这些热塑性高分子材料的软化点都在150℃之内，在熔接的过程中，膜片不会因温度过高而分解。需要注意的是加热时间不宜过长，防止水孔和流道的堵塞。该高密封性电渗析膜堆的制备方法，方法工艺简单，制备的膜堆密封性好，可以耐水压超过0.6MPa，且制备材料选择范围大，可以根据实际情况具体选用。
实施例3。
一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：加热温度为75～85℃，加热时间为17～19小时。该加热温度范围和加热时间范围下，可以保证膜堆充分熔接的同时使得水孔和流道的受影响程度更小。
实施例4。
一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：加热温度为80℃，加热时间为18小时。该加热温度和加热时间下，可以保证膜堆充分熔接的同时使得水孔和流道的受影响程度最小。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将具有热塑性高分子材料塑料边框的隔板和含有热塑性高分子材料的膜片层层叠装后，安装上下盖板并压紧支撑膜堆；
(2)将步骤(1)的膜堆加热，使得隔板四周的塑料边框与膜片上的热塑性高分子材料熔融渗透，膜堆实现一体密封；
(3)将步骤(2)制备得到的一体密封的膜堆放入室温冷却。
2.根据权利要求1所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述隔板设置有支撑网和塑料边框，塑料边框连接于支撑网四周。
3.根据权利要求2所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：所述塑料边框材质为热塑性高分子材料EVA、PVC、PP、PE或PET，所述支撑网材质为聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述膜片为异相离子交换膜或半均相离子交换膜。
5.根据权利要求1所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：步骤(2)中将步骤(1)的膜堆放入烘箱中加热。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加热温度为60～120℃，加热时间为1～48小时。
7.根据权利要求6所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：所述加热温度为70～90℃，加热时间为16～20小时。
8.根据权利要求7所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：所述加热温度为75～85℃，加热时间为17～19小时。
9.根据权利要求8所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于：所述加热温度为80℃，加热时间为18小时。
10.根据权利要求1所述的高密封性电渗析膜堆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中通过螺丝进行上下盖板压紧制成膜堆。
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