CN218047326U - 一种管式有机复合膜的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管式有机复合膜的制备装置，属于膜分离设备技术领域。包括水相涂覆装置和有机相涂覆装置，分别用于在管式膜的表面涂覆水相溶液和有机相溶液；水相涂覆装置包括：水相容器，用于存储水相溶液；水相进液分配管和水相出液集流管，分别用于与管式超滤膜组件中的料液入口和出口连通；水相容器通过水相循环泵连接于水相进液分配管；第一压缩气瓶，连接于水相循环泵和水相进液分配管连接的管路上；还包括用于对第一压缩气瓶进行开闭的第一减压阀；第二压缩气瓶，连接于管式超滤膜组件的渗透侧；还包括用于对第二压缩气瓶进行开闭的第二减压阀。本实用新型的制备方法能够在长管上制备出分离性能稳定的纳滤膜。

Description

一种管式有机复合膜的制备装置

技术领域

本实用新型提供了一种管式复合膜组件的制备方法及装置，属于膜分离设备技术领域。

背景技术

膜分离技术是一种新型的替代性分离技术，在医药、化工、能源、食品、环保、电子、轻工业、水资源生物工程等领域具有重要意义。随着膜技术的发展，越来越多的膜分离技术被应用于水处理行业中。

纳滤膜(NF)是介于超滤膜(UF)和反渗透膜(RO)之间的一种压力驱动膜，开发于美国70年代末，用于处理含有地下水的盐，随后应用于地表水的净化。与反渗透膜相比，纳滤膜在分离无机盐和小有机分子方面的优越性能与反渗透膜类似，又具有部分去除单价离子、过程渗透压低、操作压力低、省能等独特优点。

纳滤膜技术已经应用于多个领域，但大多数为卷式纳滤膜产品。卷式膜组件在使用会有出现一些固有的缺陷，例如，流速慢易污染且不易清洗，组件密封性差等。管式膜组件因其流道宽、流速快、预处理要求低等优点，有着卓越的市场发展前景。

目前，管式纳滤膜的主要制备方法之一是采用浸泡法进行界面聚合，需要依次在基膜的表面涂覆水相溶液和有机相溶液，但是常规的涂覆方法无法实现在工业化级别的膜组件上的分离膜层的涂覆，常规的涂覆的方法可用于2米以下膜管的制备，但对于市面上普遍的3米长成品组件所需要的同等长度的膜管，进行界面聚合的过程难度较大，由于缺少能够有效控制在长管制备过程中的水相溶液和有机相溶液的相互接触程度和时间，使得界面聚合反应条件可控性差；例如：直接在管式膜的表面涂覆水相溶液时，不易控制水相溶液与超滤基膜的实际接触时间，使得长管上不同位置的基膜与水相溶液的接触不均一；同时，在涂覆有机相溶液时，由于此时会发生界面聚合反应，如果不能精确地控制长管上各处位置的实际溶液接触时间，则会导致反应时间不均一，这些都容易导致膜层的涂覆质量的不稳定，影响到了制造出的纳滤膜的性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是：解决现有技术中缺少对于3米以上的管式纳滤膜进行界面聚合时，水相溶液和有机相溶液与膜管之间的接触和反应条件不易控制，进而导致的涂膜质量不稳定、反应不均匀的问题，本实用新型提出了一种用于制造管式有机纳滤膜的装置，能够实现工业化级别的膜管的制造。主要通过在成品管式超滤膜组件上进行界面聚合，解决了长膜管在铸膜液中浸泡不均匀的问题，并且减少了铸膜液浪费，提高了涂覆效率，节约生产成本。

一种管式有机复合膜的制备装置，包括水相涂覆装置和有机相涂覆装置，分别用于在管式膜的表面涂覆水相溶液和有机相溶液；

水相涂覆装置包括：

水相容器，用于存储水相溶液；

水相进液分配管和水相出液集流管，分别用于与管式超滤膜组件中的料液入口和出口连通；

水相容器通过水相循环泵连接于水相进液分配管；

第一压缩气瓶，连接于水相循环泵和水相进液分配管连接的管路上；还包括用于对第一压缩气瓶进行开闭的第一减压阀；

第二压缩气瓶，连接于管式超滤膜组件的渗透侧；还包括用于对第二压缩气瓶进行开闭的第二减压阀。

所述的水相出液集流管的出液口连接于水相容器。

所述的管式超滤膜组件的渗透侧还设有排气阀门。

所述的有机相涂覆装置，包括：

有机相容器，用于存储有机相溶液；

有机相进液分配管和有机相出液集流管，分别用于与管式超滤膜组件中的料液入口和出口连通；

有机相容器通过第一阀门与有机相进液分配管连接；

液位计，连接于有机相出液集流管的出口，且液位计的垂直高度大于有机相出液集流管的高度。

还包括：电热鼓风机，位于第一阀门和有机相进液分配管连接的管路上，用于向管道中输入热风，且电热鼓风机的出路通道开闭由第三阀门控制。

还包括：第三压缩气瓶，连接于有机相容器，用于向有机相容器中施加气压使有机相溶液进入有机相进液分配管。

所述的管式超滤膜组件包括膜壳，其中安装的管式超滤膜包括支撑层，在支撑层的表面覆有选择分离层。

所述的支撑层的材质选自多孔陶瓷或者多孔聚合物；所述的选择分离层的材质是PVDF 或者PES。

有益效果

本实用新型提供的管式有机膜的制备方法，能够解决工业上对于较长的管式纳滤膜制备过程中存在的界面聚合反应条件不易控制、缺少能够连续自动生产过程的手段的问题。本实用新型的制备方法能够在长管上制备出分离性能稳定的纳滤膜，主要的技术手段中通过水相溶液的涂覆中对溶液与基膜的接触过程采用工程化的手段进行控制，通过将水相溶液压入通道后，再通过压气阀门对膜管内部进行固定时长的压气作用，使水相溶液在超滤膜的膜层表面被吹扫，使其更加均匀，使得后续的界面聚合反应过程中制备得到的纳滤膜层性能稳定，批量生产时批次间偏差减小。通过采用液位计和压气装置的配合使用，可以使有机相溶液与膜管的接触时间更加可控，使得界面反应的时间能够精确控制在秒，保证了制备得到的纳滤膜的性能稳定。

附图说明

图1是本水相装置结构简图：(1)水相容器；(2)水相循环泵；(3)水相进液分配管；(4) 水相出液集流管；(5)第一减压阀；(6)第一压缩气瓶；(7)管式超滤膜组件；(8)第二减压阀；(9)第二压缩气瓶；(10)排气阀门。

图2是本水相装置结构简图：(11)有机相容器；(12)第一阀门；(13)有机相进液分配管； (14)有机相出液集流管；(15)液位计；(16)第二阀门；(17)第三压缩气瓶；(18)第三阀门；(19)电热鼓风机。

具体实施方式

本专利中的有机管式膜，采用超滤膜作为基膜，并且在其表面经过界面聚合法制备出纳滤膜层，用于选择性分离。首先需要获得超滤膜组件，其组件为常规结构，管式超滤膜组件的制备：管式超滤膜采用PET或PP无纺布作为支撑，通过超声焊接而成。膜层为铸膜液内侧流延而成，膜材料可为PVDF和PES，外壳材质可为玻璃钢、UPVC、不锈钢中的一种，封端胶为环氧树脂。焊接涂覆后经非溶剂致相分离即完成管式超滤膜的制备。将制备好的膜管组装成束，装入膜壳，两端经模具固定后，用环氧树脂浇筑，即完成管式超滤膜组件的制备。

本专利中进行界面聚合反应，所使用的水相溶液和有机相溶液也是可以采用现有技术中的配比，本专利不做有具体的限定，在一个典型的实施例中，采用如下的溶液：

水相的配置：溶剂为去离子水，溶质为哌嗪、间苯二胺，其他添加剂有磷酸钠、十二烷基硫酸钠。

有机相的配置：溶剂为乙基环己烷、正己烷其中的一种，溶质为均苯三甲酰氯。

图1是本水相装置结构图，其中包括了：水相容器1，用于存储水相溶液，其通过水相循环泵2连接于水相进液分配管3，水相进液分配管3分别与多支管式超滤膜的通道相连通，这里的管式超滤膜组件7中按照常规的方式将超滤膜安装并对端口密封，在超滤膜的通道出口连接于水相出液集流管4，并继续连接于水相容器1中；在水相循环泵2与水相进液分配管3连接的管路上还连接有第一压缩气瓶6，第一压缩气瓶6的开闭由第一减压阀5控制；在管式超滤膜组件7的渗透侧还连接有第二压缩气瓶9，第二压缩气瓶9的开闭由第二减压阀8控制；同时，在管式超滤膜组件7的渗透侧还连接有排气阀门10。水相循环泵2扬程不高于5米，流量不高于10L/min。所述进液、出液的分配管和集流管，其插头数量、位置、大小与管式膜超滤组件端面通道孔数量、位置、大小一一对应，可插入并密封，材质可为不锈钢、聚四氟乙烯、橡胶中的一种。

在进行水相溶液的涂覆时，按照以下的步骤进行：将水相溶液倒入水相容器1中，将水相进液分配管3插入管式超滤膜组件7的一端，水相出液集流管4插入管式超滤膜组件7的另一端。关闭第一减压阀5和排气阀门10，开启第二减压阀8，将压力调至0.1～0.5bar，开启水相循环泵2，水相溶液经通过膜管后，经管道返回水相容器1中，本步骤的目的可以使膜管的通道中被水相溶液完全浸润。30～60秒后关闭水相循环泵2，打开第一减压阀5，将氮气流速调至15～25m/s，30～90秒后关闭第一减压阀5，本步骤的目的可以使在超滤膜界面处的多余的水相被吹离，避免长管方向上的水相溶液在界面上的留存不均匀的问题。接下来，关闭第二减压阀8，打开排气阀门10释放组件内压力，将水相进液分配管3和水相出液集流管 4从管式超滤膜组件7中拔出。

在完成水相溶液的涂覆后，再进行油相溶液的涂覆，采用的装置结构如图2所示，包括有机相容器11，用于存储有机相溶液，在有机相容器11上还设有第三压缩气瓶17，用于对有机相容器11中施加压力，第三压缩气瓶17的开闭是由第二阀门16控制；有机相容器通过第一阀门12与有机相进液分配管13连接，有机相进液分配管13再与管式超滤膜组件7的通道连通，通道的出口再通过有机相出液集流管14与液位计15连接，液位计的垂直高度大于有机相出液集流管14的高度；在第一阀门12与有机相进液分配管13连接的管路上还设有电热鼓风机19，用于向管道中输入热风，且电热鼓风机19的出路通道开闭由第三阀门18控制。电热鼓风机19可吹50～60℃的热风，气流量100～300m³/h。

在进行有机相溶液的涂覆时，按照以下的步骤进行：

将有机相溶液倒入有机相容器11中，将有机相进液分配管13插入管式超滤膜组件7的一端，有机相出液集流管14插入管式超滤膜组件7的另一端。关闭第三阀门18和排气阀门 10，开启第二减压阀8，将压力调至0.1～0.5bar。开启第二阀门16，将压力调制0.5～1bar。打开第一阀门12，有机相溶液经喷头通过膜管，当液位升高到液位计15时，关闭第一阀门 12，本步骤实现了在通道中浸润有机相溶液，并发生界面聚合反应。待有机相溶液在膜管中停留30～60秒后，打开第三阀门18和电热鼓风机19，调制热风流速15～25m/s，温度50～60℃，将有机相溶液吹出并将膜管加热烘干，30～90后关闭第三阀门18和电热鼓风机19。关闭第二减压阀8，打开排气阀门10释放组件内压力，将有机相进液分配管13和有机相出液集流管 14从管式超滤膜组件7中拔出，放入去离子水中保存。

实施例1：

本实施例是一种管式复合膜组件的制备方法，具体包括以下步骤。

S1：管式超滤膜组件，无纺布选用PET，膜材料为PES，膜壳为玻璃钢。将膜管固定成束，装入膜壳，用环氧树脂浇筑成组件。

S2：配制水相溶液，以去离子水为溶剂，按照如下比例配制溶液：

哌嗪：0.35％

间苯二胺：0.1％

磷酸钠：1％

S3：配制有机相溶液，以正己烷为溶剂，按照如下比例配制溶液：

均苯三甲酰氯：0.15％

S4：将制备好的管式超滤膜组件放入水相装置中，进行水相涂覆。

S5：将涂覆好水相的管式超滤膜组件放入有机相装置中，进行有机相涂覆。

S6：将界面聚合好的复合膜组件放入去离子水中保存。

实施例2：

S1：管式超滤膜组件，无纺布选用PET，膜材料为PVDF，膜壳为玻璃钢。将膜管固定成束，装入膜壳，用环氧树脂浇筑成组件。

S2：配制水相溶液，以去离子水为溶剂，按照如下比例配制溶液：

哌嗪：0.3％

磷酸钠：1％

S3：配制有机相溶液，以正己烷为溶剂，按照如下比例配制溶液：

均苯三甲酰氯：0.1％

本实施例制备膜的方法除S1～S3有所变化外，其余与实施例1相同。

实施例3：

S2：配制水相溶液，以去离子水为溶剂，按照如下比例配制溶液：

哌嗪：0.15％

S3：配制有机相溶液，以正己烷为溶剂，按照如下比例配制溶液：

均苯三甲酰氯：0.3％

本实施例制备膜的方法除S2和S3有所变化外，其余与实施例2相同。

实施例4：

S2：配制水相溶液，以去离子水为溶剂，按照如下比例配制溶液：

哌嗪：0.05％

S3：配制有机相溶液，以正己烷为溶剂，按照如下比例配制溶液：

均苯三甲酰氯：0.45％

本实施例制备膜的方法除S2和S3有所变化外，其余与实施例2相同。

实施例5：

S2：配制水相溶液，以去离子水为溶剂，按照如下比例配制溶液：

哌嗪：0.05％

S3：配制有机相溶液，以正己烷为溶剂，按照如下比例配制溶液：

均苯三甲酰氯：0.75％

本实施例制备膜的方法除S2和S3有所变化外，其余与实施例2相同。

实施例的性能对比：

Claims (8)

1.一种管式有机复合膜的制备装置，包括水相涂覆装置和有机相涂覆装置，分别用于在管式膜的表面涂覆水相溶液和有机相溶液；其特征在于：

水相涂覆装置包括：

水相容器(1)，用于存储水相溶液；

水相进液分配管(3)和水相出液集流管(4)，分别用于与管式超滤膜组件(7)中的料液入口和出口连通；

水相容器(1)通过水相循环泵(2)连接于水相进液分配管(3)；

第一压缩气瓶(6)，连接于水相循环泵(2)和水相进液分配管(3)连接的管路上；还包括用于对第一压缩气瓶(6)进行开闭的第一减压阀(5)；

第二压缩气瓶(9)，连接于管式超滤膜组件(7)的渗透侧；还包括用于对第二压缩气瓶(9)进行开闭的第二减压阀(8)。

2.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，所述的水相出液集流管(4)的出液口连接于水相容器(1)。

3.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，所述的管式超滤膜组件(7)的渗透侧还设有排气阀门(10)。

4.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，所述的有机相涂覆装置，包括：

有机相容器(11)，用于存储有机相溶液；

有机相进液分配管(13)和有机相出液集流管(14)，分别用于与管式超滤膜组件(7)中的料液入口和出口连通；

有机相容器(11)通过第一阀门(12)与有机相进液分配管(13)连接；

液位计(15)，连接于有机相出液集流管(14)的出口，且液位计的垂直高度大于有机相出液集流管(14)的高度。

5.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，还包括：电热鼓风机(19)，位于第一阀门(12)和有机相进液分配管(13)连接的管路上，用于向管道中输入热风，且电热鼓风机(19)的出路通道开闭由第三阀门(18)控制。

6.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，还包括：第三压缩气瓶(17)，连接于有机相容器(11)，用于向有机相容器(11)中施加气压使有机相溶液进入有机相进液分配管(13)。

7.根据权利要求1所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，所述的管式超滤膜组件(7)包括膜壳，其中安装的管式超滤膜包括支撑层，在支撑层的表面覆有选择分离层。

8.根据权利要求7所述的管式有机复合膜的制备装置，其特征在于，所述的支撑层的材质选自多孔陶瓷或者多孔聚合物；所述的选择分离层的材质是PVDF或者PES。

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