CN111760471A - 一种耐碱可反洗管式膜元件及其管式膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐碱可反洗管式膜元件，由铸膜液层和无纺布层组成，所述铸膜液层中的铸膜液渗透入无纺布的内表面，并在无纺布外表面渗出，外表面有刮膜设备控制膜层厚度；所述无纺布层为加强无纺布。所述耐碱可反洗管式膜元件用于制作管式膜组件，所述管式膜组件可反洗、耐磨损、且具有高装填密度,其处理酸碱和高温废水具有高水处理效率，且操作简单，维护简单。

Description

一种耐碱可反洗管式膜元件及其管式膜组件
技术领域
本发明属于高分子分离膜技术领域，特别涉及一种耐碱可反洗管式膜元件及其管式膜组件。
背景技术
管式膜一般是由铸膜液层和无纺布层组成，铸膜液层和无纺布自身的性能制约了管式膜的应用，目前多是只能适用于中性废液处理领域（pH=4-10）。铸膜液的性能决定了水处理膜的性能，其一直存在有机聚合物常见的弊端，比如不耐酸碱、不耐高温等。在一些特殊行业，如强酸强碱领域，制约了管式膜的应用。
现有无纺布多为聚酯类等聚合物，其不耐酸碱，会在酸碱环境中水解，导致结构解体，不能用于酸碱环境水处理，而耐酸碱的聚丙烯太软，聚乙烯太硬，不利于作为支撑体制备成管式膜元件。
常规制备管式膜元件的工艺是将铸膜液流延到无纺布的内表面再通过相转化法成膜。采用这种工艺，铸膜液层和无纺布层是两个体系，相互粘结力小，在正常过滤过程中，铸膜液层紧紧贴到无纺布层上，铸膜液层是过滤层，无纺布层为支撑层，形成稳定的管式膜元件。而在反洗时，料液先经过无纺布层再经过铸膜液层，两层粘结力小，不能对铸膜液层起支撑作用，极易引起铸膜液层与无纺布脱离，最终导致管式膜元件失去过滤效果，所以常规管式膜元件是不能反洗的。
CN201880020284.7提供了一种半透膜支撑体，该半透膜支撑体是含有以聚丙烯作为芯成分、且以聚乙烯作为鞘成分的芯鞘型复合纤维而得到的湿式无纺布，半透膜支撑体的断裂强度为300~1000kPa。也能够耐受反复的洗涤、反洗的半透膜支撑体。但是该专利提供的支撑体的强度太低，不适用于高压环境下长期使用和反复反洗。
发明内容
本发明为解决现有的有机管式膜不耐酸碱以及不能反洗的问题，提供一种可反洗、耐磨损、耐碱管式膜元件及其高装填密度的耐碱可反洗管式膜组件。
本发明所述的耐碱可反洗管式膜元件，由铸膜液层和无纺布层组成，
所述铸膜液层中的铸膜液渗透入无纺布的内表面，并在无纺布外表面渗出，外表面有刮膜设备控制膜层厚度，实现膜层与无纺布的紧密锚固，增加两者的结合力，提高反洗压力性能。
所述铸膜液层中的铸膜液涂覆与无纺布层的内表面，渗透入无纺布层内，并在无纺布外表面渗出，形成内层铸膜液层和铸膜液渗透层；所述内层铸膜液膜层厚度为10-50μm。
所述无纺布层为加强无纺布层，其加强方式为：①基体为无纺布带缠绕成管，在无纺布外表面设置有薄条状PE加强，所述薄条状PE的宽度为2-4mm，厚度为0.1-0.3mm；所述薄条状PE的分布为：距离无纺布带边缘3-5mm范围内设置有薄条状PE，且每条薄条状PE的间距为3-6mm；②使用厚条状PE覆盖无纺布带之间的缝隙，所述厚条状PE的宽度为3-5mm，厚度为0.25-0.45mm。③所述厚条状PE和薄条状PE均通过超声波焊接固定于无纺布管的表面。
所述铸膜液为耐碱铸膜液，不会在碱性环境中水解，且铸膜液的粘度为8000-13000 mPa·s。
所述铸膜液不仅在无纺布内表面形成一层内层铸膜液层，且渗透入无纺布内部，并在无纺布层外表面形成外层铸膜液层；所述外层铸膜液膜层的厚度为10-50μm。
所述铸膜液选自PES\PEK\PEEK中的一种或几种中的任意比例的混合物。
所述铸膜液的原料组成包括：PES和PEK的混合粉体（2：1）占比15-18%，PVP占比8-10%，Al2O3占比0.5-1%，LiCl占比1-2%，余量N,N-二甲基乙酰胺。
所述铸膜液的原料中加入氧化铝， 加入量为0.5-1%氧化铝均匀分散在起分离作用的膜层中，能显著增强分离膜的耐摩擦性功能。
所述管式膜元件的制备方法：
所述无纺布带缠绕在圆柱管上，无纺布间隙使用厚条状PE覆盖并通过超声波与无纺布焊接形成初步加强的无纺布管；
在所述初步加强的无纺布管的外表面经超声波焊接薄条状PE，获得加强无纺布管。
所述管式膜元件的制备方法，包括如下步骤：
（1）使用一根圆柱管，所述圆柱管为中空，所述圆柱管的一端接铸膜液泵，另一端被无纺布包裹；被无纺布包裹的圆柱管端头封死，在距离该端头20mm处沿圆周均匀开出2-6个长度3-10mm、宽度0.2-0.5mm的缝隙；所述圆柱管套接一中空圆柱管，为外表面刮膜设备，其长度5-15cm厚度2mm。
所述中空圆柱管的直径相比所述无纺布管的直径的差额为设定成品膜元件的厚度±0.3㎜范围内。
（2）将各种粉体和溶剂按照比例加入带搅拌的反应釜，反应搅拌24h，获得铸膜液，静止脱泡24h；
铸膜液自铸膜液泵进入圆柱管，流出到加强无纺布管；所述加强无纺布管在皮带牵引下向前转动，速度为0.3-0.6m/min；在无纺布管转动的过程中，铸膜液渗透入无纺布内表面，并在无纺布外表面渗出，利用外表面刮膜设备与无纺布管之间的间隙控制外层膜的厚度；
附着铸膜液的无纺布管到指定长度后，将无纺布管切断，
将无纺布慢慢浸入到纯水中去完成相转化成膜过程，形成初始管式膜元件。
（3）初始管式膜元件在纯水中浸泡5-16h，取出，再浸入到纯水中，获得所述耐碱管式膜元件。
初始管式膜元件在纯水中浸泡5-16h，取出，再浸入到纯水中，然后由一端打入0.6bar压缩空气，另一端用堵头封死保证不漏压缩空气，用眼睛观察整个元件3秒，如果没有气泡从元件外表面冒出，即为合格管式膜元件；如果有连续气泡从元件外表面冒出，即为不合格管式膜元件。
使用前述耐碱管式膜元件用于制备可处理酸碱类废水的耐碱管式膜组件，
本发明所述耐碱管式膜组件，由紧密堆积的管式膜元件，导流槽、紧固装置和外壳组成；
所述紧固装置为弹力网或弹力布，内套紧密堆积的管式膜元件；
所述导流槽为两个，其插入呈圆柱形的紧固装置内，紧靠紧固装置，均匀排布且开口向外；
紧密堆积的管式膜元件和外围的导流槽集成一束，使紧固装置呈圆柱形；
所述呈圆柱形的紧固装置套入所述外壳中，所述外壳两端开口，两侧开口，所述两侧开口正对导流槽的开口；
所述外壳的两端通过耐碱耐高温的密封环氧树脂胶密封固定管制膜元件，且管式膜元件的开口畅通未密封。
所述外壳材质可以为玻璃钢或着CPVC；
所述环氧树脂胶中加入1-2%三氧化二铝粉体，提高环氧耐温性能，使环氧树脂在70℃是硬度>80D；
所述耐碱管式膜组件，结构简单且稳定，易组装且水处理效率高。
所述耐碱管式膜组件的直径可以是4寸、6寸、8寸、10寸；单支膜组件最大装填面积为64m2。
附图说明
图1：加固无纺布的装置结构示意图。
图2 内表面涂膜设备。
图3 外表面涂膜设备。
图中：1无纺布，2焊接头，3传动轮，4薄条状PE，5厚条状PE，6中心轴，7，刮膜装置。
具体实施方式
实施案例1：10寸4米6mm耐碱管式膜组件
称取PES和PEK的混合粉体（2：1）占比15%，PVP占比8%，Al2O3占比1%，LiCl占比1%，N,N-二甲基乙酰胺占比72%。按比例加入带搅拌的反应釜，反应搅拌24h;停止搅拌，利用氮气将铸膜液转移至脱泡罐，静止脱泡8h，测试铸膜液的粘度为8000 mPa·s.
取宽度为13mm、厚度为0.18mm的PP无纺布，取宽度3mm厚度为0.25mm的PE带，再取宽度为2mm厚度为0.1mm的两条PE带，将PP无纺布带缠绕在圆柱管上，无纺布间隙使用条状PE覆盖，然后在PP无纺布上方覆盖两条PE带，位置距边沿3mm，所有接触面均采用超声波焊接机焊接，采用6mm内表面涂膜工具在内层涂覆铸膜液，采用内径0.29mm、长度10cm的圆柱管作为外表面刮膜设备，控制传动轮速度使无纺布圆管速度为0.6m/min，当管子长度达到4米时，自动切断管子，随后管子进入到凝固浴水槽，完成相转化反应形成初始管式膜产品。初始管式膜产品经过0.6bar压缩空气检测后，无冒泡产品即为合格管式膜元件。
选用宽度为300mm的弹力网，取850根4米长管式膜，2根Ф75mm的导流槽，用弹力网将管式膜和导流槽固定形成圆柱体，将该圆柱体塞入10寸玻璃钢膜壳，用1700个塞子将每根管式膜两头塞住，用专用工具将玻璃钢膜壳封住，从膜壳的透过液口处倒入1200g搅拌均匀的环氧树脂，固化24h后，翻转玻璃钢膜壳，在从另一透过液口倒入1200g搅拌均匀的环氧树脂，固化24h。将玻璃钢膜壳上的专用膜具取下，再取下1700个塞子，即形成10寸4米6mm耐碱管式膜组件，装填面积为64平米。
实施案例2：4寸3米12.7mm耐碱管式膜组件
称取PES和PEK的混合粉体（2：1）占比18%，PVP占比10%，Al2O3占比0.5%，LiCl占比2%，N,N-二甲基乙酰胺占比69.5%。按比例加入带搅拌的反应釜，反应搅拌24h;停止搅拌，利用氮气将铸膜液转移至脱泡罐，静止脱泡8h，测试铸膜液的粘度为13000mPa·s.
取宽度为24mm、厚度为0.25的PP无纺布，取宽度5mm厚度为0.45mm的PE带，再取宽度为4mm厚度为0.3mm的两条PE带，将PP无纺布带缠绕在圆柱管上，无纺布间隙使用条状PE覆盖，然后在PP无纺布上方覆盖两条PE带，位置距边沿5mm，
所有接触面均采用超声波焊接机焊接，采用12.7mm内表面涂膜工具在内层涂覆铸膜液，采用内径0.5mm、长度10cm的圆柱管作为外表面刮膜设备，控制传动轮速度使无纺布圆管速度为0.3m/min，当管子长度达到3米时，自动切断管子，随后管子进入到凝固浴水槽，完成相转化反应形成初始管式膜产品。初始管式膜产品经过0.6bar压缩空气检测后，无冒泡产品即为合格管式膜元件。
选用宽度为100mm的弹力网，取37根3米长管式膜，2根Ф25mm的导流槽，用弹力网将管式膜和导流槽固定形成圆柱体，将该圆柱体塞入4寸CPVC膜壳，用74个塞子将每根管式膜两头塞住，用专用工具将CPVC膜壳封住，从膜壳的透过液口处倒入150g搅拌均匀的环氧树脂，固化24h后，翻转玻璃钢膜壳，在从另一透过液口倒入150g搅拌均匀的环氧树脂，固化24h。将CPVC膜壳上的专用膜具取下，再取下74个塞子，即形成4寸3米12.7mm耐碱管式膜组件。
实施案例3：4支10寸4米6mm耐碱管式膜组件用于氯碱一次盐水精制工段
取4支10寸4米6mm耐碱管式膜组件，连接流量200m3/h、扬程50m的循环泵、流量50m3/h、扬程15m的反洗泵、0-100℃温度计、0-10bar压力表组成成套设备，用于氯碱一次盐水精制工段。该一次盐水含有氢氧化钠1g/L、氯化钠310g/L，pH为12，碱性水。
设置正常生产流程为2h，正常生产到达2h后，循环泵停止工作，启动反洗泵，反洗压力控制在1.5bar，反洗30s，反洗后继续运转设备，正常生产操作。

Claims (11)

1.一种耐碱可反洗管式膜元件，由铸膜液层和无纺布层组成，其特征在于：
所述铸膜液层中的铸膜液涂覆于无纺布层的内表面，渗透入无纺布层内，并在无纺布外表面渗出，形成内层铸膜液层和铸膜液渗透层；所述内层铸膜液膜层厚度为10-50μm；
所述无纺布层为加强无纺布层，其加强方式为：①基体为无纺布带缠绕成管，在无纺布外表面设置有薄条状PE加强，所述薄条状PE的宽度为2-4mm，厚度为0.1-0.3mm；所述薄条状PE的分布为：距离无纺布带边缘3-5mm范围内设置有薄条状PE，且每条薄条状PE的间距为3-6mm；②设置厚条状PE覆盖无纺布带之间的缝隙，所述厚条状PE的宽度为3-5mm，厚度为0.25-0.45mm；③所述厚条状PE和薄条状PE均通过超声波焊接固定于无纺布管的表面；
所述铸膜液为耐碱铸膜液，不会在碱性环境中水解，且铸膜液的粘度为8000-13000mPa·s。
2.根据权利要求1所述的管式膜组件，其特征在于，所述铸膜液不仅在无纺布内表面形成一层内层铸膜液层，且渗透入无纺布内部，并在无纺布层外表面形成外层铸膜液层；所述外层铸膜液膜层的厚度为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的耐碱可反洗管式膜元件，其特征在于，所述铸膜液选自PES\PEK\PEEK中的一种或几种中的任意比例的混合物。
4.根据权利要求1或3所述的耐碱可反洗管式膜元件，其特征在于，所述铸膜液的原料组成包括：PES和PEK的混合粉体（2：1）占比15-18%，PVP占比8-10%，Al2O3占比0.5-1%，LiCl占比1-2%，余量N,N-二甲基乙酰胺。
5.根据权利要求1所述的耐碱可反洗管式膜元件，其特征在于，所述加强无纺布层的制备方法，包括下述步骤：无纺布带缠绕在圆柱管上，无纺布间隙使用厚条状PE覆盖并通过超声波与无纺布焊接形成初步加强的无纺布管； 在所述初步加强的无纺布管的外表面经超声波焊接薄条状PE，获得加强无纺布管。
6.权利要求1所述的耐碱可反洗管式膜元件的制备方法，其特征在于，使用一根圆柱管，所述圆柱管为中空，所述圆柱管的一端接铸膜液泵，另一端被无纺布包裹；被无纺布包裹的圆柱管端头封死，在距离该端头20mm处沿圆周均匀开出2-6个长度3-10mm、宽度0.2-0.5mm的缝隙；
所述圆柱管套接一中空圆柱管，为外表面刮膜设备，其长度5-15cm厚度2-5mm；
所述中空圆柱管的直径相比所述无纺布管的直径的差额为设定成品膜元件的厚度±0.3㎜范围内；
将各种粉体和溶剂按照比例加入带搅拌的反应釜，反应搅拌24h，获得铸膜液，静止脱泡24h；
铸膜液自铸膜液泵进入圆柱管，流出到加强无纺布管；所述加强无纺布管在皮带牵引下向前转动，速度为0.3-0.6m/min；在无纺布管转动的过程中，铸膜液渗透入无纺布内表面，并在无纺布外表面渗出，利用外表面刮膜设备与无纺布管之间的间隙控制外层膜的厚度；
附着铸膜液的无纺布管到指定长度后，将无纺布管切断，
将无纺布慢慢浸入到纯水中去完成相转化成膜过程，形成初始管式膜元件；
初始管式膜元件在纯水中浸泡5-16h，取出，再浸入到纯水中，获得所述耐碱管式膜元件。
7.权利要求1所述耐碱管式膜元件的应用，其特征在于，用于制备可处理酸碱类废水的耐碱管式膜组件，使用pH范围0-14，所述碱类废水中氢氧化钠浓度≤20%。
8.一种管式膜组件，由紧密堆积的耐碱可反洗管式膜元件，导流槽、紧固装置和外壳组成；
所述紧固装置为弹力网或弹力布，内套紧密堆积的管式膜元件；
所述导流槽为两个，其插入呈圆柱形的紧固装置内，紧靠紧固装置，均匀排布且开口向外；
紧密堆积的管式膜元件和外围的导流槽集成一束，使紧固装置呈圆柱形；
所述呈圆柱形的紧固装置套入所述外壳中，所述外壳两端开口，且两侧开口，所述两侧开口正对导流槽的开口；
所述外壳的两端通过耐碱耐高温的密封环氧树脂胶密封固定管制膜元件，且管式膜元件的开口畅通未密封。
9.根据权利要求8所述的管式膜组件，其特征在于，所述外壳材质可以为玻璃钢或着CPVC。
10.根据权利要求8所述的管式膜组件，其特征在于，所述环氧树脂胶凝固后在70℃时硬度>80D。
11.根据权利要求10所述的管式膜组件，其特征在于，所述环氧树脂胶中加入1-2%三氧化二铝粉体。
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袁惠新: "《分离工程》", 31 January 2002, 中国石化出版社 *

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