專利名稱：同步外壓管式膜制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于分離膜制造領域，涉及一種使用平板膜通過粘接焊接制備外壓管式多孔膜(包括納濾膜、微濾膜和超濾膜)的方法。制得的多孔膜可以用在環(huán)保、水處理和膜分離等領域。
背景技術：
聚合物多孔膜(包括納濾膜、微濾膜和超濾膜)有多種制備方法，其中最常見的有非溶劑致相分離(NIPS，DIPS)法，又稱“浸沒沉淀法”(IP法)、拉伸法和熱致相分離法 (TIPS)和復合熱致相分離法(c-TIPS)。聚合物多孔膜的形式有平板式、中空纖維式、毛細管式和管式。如美國專利(7517421 B2)所述，中空纖維膜、毛細管膜和管式膜外徑分別為
O.03-0. Imm ；0. 2_3mm和4_50mm。本發(fā)明涉及外徑為3. 5-20mm的管式膜。另外本發(fā)明說明書中把納濾膜、微濾膜和超濾膜統(tǒng)稱為多孔膜。已知技術中有將聚合物膜以NIPS法涂敷到編制管表面，利用編織管的機械強度加強毛細管膜強度的外壓毛細管膜制造方法(美國專利5，472，607，6，354，444)。由于編織纖維表面光滑，硬度高，而涂敷的分離層硬度較低，因此分離層從編織管表面脫落的傾向較高。另外，當編織管加強膜應用于水草式膜組件(如美國專利US7，160，454所述)時由于編織管加強膜硬度不夠，易發(fā)生側倒而互相纏繞，造成固體物質在纏繞處的堆積。已知技術中(中國專利200310124868. 4)有先將聚四氟乙烯(PTFE)制成支撐管， 再在PTFE支撐管上纏繞并燒結PTFE分離膜的制備外壓中空纖維膜的方法。該方法由于需要預先制支撐管，工藝過程較復雜，制造成本高。已知技術中有內壓管式膜制造方法在垂直放置的支撐管內通過涂敷錘滑動涂敷制膜液，然后再進入凝膠液中凝膠成膜。這一方法是間歇式的，生產效率較低。美國專利 4，214，612(1980)，6，077, 376(2000)揭示了將條狀無紡布纏繞再通過超聲波焊接并同步在內壁涂敷的內壓管式膜的制造方法，中國專利申請(200810053043.0)揭示了類似的技術方案。這一技術方案在制成的支撐管內表面涂敷膜工藝較復雜，生產效率較低。為了提高內壓膜生產效率，美國專利7，517，421揭示了用條狀支撐網布通過纏繞焊接制備內壓管式膜的方法。然而內壓管式膜在應用中需要通過大量回流以保證膜管內液體流速，因此耗能較高，應用受到限制。中國專利申請(201220101838. 6)揭示了使用外壓管式膜制造水草管式膜過濾器的技術方案，與已知技術簾式或柱式毛細管膜或中空纖維膜相比，由于每根管式膜頂端相互獨立，避免了纖維物質在管式膜周圍纏繞問題，由于管式膜強度較高，避免了“膜絲”斷裂問題；與頂端獨立封閉的水草式毛細管膜(美國專利US7160454)或水草式中空纖維膜過濾器(美國專利申請US2011/0094964A1)相比，由于管式膜硬度較高，不存在管式膜之間相互纏繞的問題；板框式膜過濾器相比，由于每根管式膜頂端相互獨立，避免了纖維物質在板框之間堆積問題，由于可以反沖，使得膜通量更有保證，由于取消了板框，使得水草管式膜過濾器具有成本優(yōu)勢。綜合無纖維纏繞、不斷絲、可反沖和成本低的特點，該技術方案有望從根本上解決MBR目前的技術問題。雖然外壓管式膜具有以上優(yōu)勢，但是在已知技術中缺乏行之有效的外壓管式膜的制備方法，特別缺乏同步外壓管式膜制備技術。本發(fā)明揭示的是同步外壓管式膜的制備方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決已知技術中編織管加強毛細管膜的膜易脫落和硬度較低的技術問題，內壓管式膜在應用中需要通過大量回流以保證膜管內液體流速，因此耗能較高的技術問題，揭示一種將條狀支撐網布經纏繞粘接或焊接，同步涂敷制造外壓管式膜的方法。為了達到上述目的，本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法包括將條狀支撐網布以一定纏繞角連續(xù)纏繞到一根中心軸上，纏繞時條狀支撐網布的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結合部，至少一個支撐管驅動輪，至少一個鑄膜液涂敷頭和至少一個含有膜凝膠液的膜凝膠槽。制得的外壓管式膜具有內部支撐層和表面分離層。本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法的有益效果表現(xiàn)在相對于已知技術中編織管加強的毛細管膜，由于支撐網布可以有多種選擇，分離層與支撐網布的結合比與編織管結合更牢固，因而不易脫落；由于纏繞并粘接/焊接后管式膜機械強度比編織管加強膜更好，因此當一端獨立密閉時不易側倒和互相纏繞；相對于板框式膜組件，本發(fā)明揭示的外壓管式膜可以反沖，膜過濾器成本低。本發(fā)明揭示的外壓管式膜(微濾膜、超濾膜或納濾膜)特別適用于膜生物反應器和再生水工藝。
圖I本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法示意2本發(fā)明外壓管式膜橫截面示意I圖2中I.條狀支撐網布，2.中心軸，3.結合部，4.纏繞角，5.超聲波焊接頭，
6.支撐管驅動輪，7.鑄膜液涂敷器，8.鑄膜液，9.凝膠槽，10.支撐管，11.凝膠液或淬冷液，21.分離層，22.支撐層，30.管式膜
具體實施例方式本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法包括將條狀支撐網布(I)以一定纏繞角(4)連續(xù)纏繞到一根中心軸(2)上，纏繞時所述條狀支撐網布(I)的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結合部(3)，通過至少一個支撐管驅動輪(6)驅動支撐管(10)，至少一個鑄膜液涂敷器(7)和至少一個含有膜凝膠液或淬冷液(11)的凝膠槽(9)，制得的外壓管式膜(30)具有內部支撐層(22)和表面分離層(21)。所述支撐管驅動輪(6)在中心軸軸向和切向雙向斜置，使之轉動時帶動所述支撐管(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉動。本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法還包括在所述條狀支撐網布(I)內同時纏繞并粘接或焊接另一支撐層，以增強毛細管膜或管式膜的機械強度。所述焊接方法是熱焊接或超聲波焊接的一種或兩種的結合。所述條狀支撐網布(I)寬度為5. 0-20_。這一寬度的選擇與制得的外壓管式膜(10)的直徑和纏繞角(4)有關。所述纏繞角(4)為15-75度，這一角度的選擇與制得的外壓管式膜(10)的直徑和條狀支撐網布(I)寬度有關。所述結合部(3)寬度為O. 5-3. 5mm，該寬度小于O. 5mm時粘接或焊接不夠牢固，大于3. 5mm時會犧牲過多的過濾面積。所述外壓管式膜(10)外徑為3. 5-20毫米。該直徑小于3. 5毫米時，制造較困難； 大于20毫米時，膜過濾器的充填效率過低。所述鑄膜液涂敷器(7)是任何可以將鑄膜液(8)均勻涂敷在支撐管(10)外表面的裝置。所述鑄膜液(8)是已知技術中用于制備中空纖維膜、毛細管膜、管式膜或平板膜所采用的各種鑄膜液的一種。所述凝膠液或淬冷液(11)是已知技術中用于制備中空纖維膜、毛細管膜、管式膜或平板膜所采用的各種凝膠液或淬冷液的一種。采用NIPS法時是凝膠液，采用c-TIPS法或TIPS法時是淬冷液。所述外壓管式膜(30)是微濾、超濾或納濾管式膜中的一種。
權利要求
1.一種同步外壓管式膜制備方法包括將條狀支撐網布(I)以一定纏繞角(4)連續(xù)纏繞到一根中心軸(2)上，纏繞時所述條狀支撐網布(I)的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結合部(3)，通過至少一個支撐管驅動輪(6)驅動支撐管(10)，至少一個鑄膜液涂敷器(7)和至少一個含有膜凝膠液或淬冷液(11)的凝膠槽(9)，制得的外壓管式膜具有內部支撐層(22)和表面分離層(21)。
2.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述支撐管驅動輪(6)在中心軸軸向和切向雙向斜置，使之轉動時帶動所述支撐管(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉動。
3.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于還包括在所述條狀支撐網布(I)內同時纏繞并粘接或焊接另一支撐層，以增強毛細管膜或管式膜的機械強度。
4.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述焊接方法是熱焊接或超聲波焊接的一種或兩種的結合。
5.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述條狀支撐網布(I)寬度為 5. 0_20mm。
6.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述纏繞角(4)為 15-75 度。
7.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述結合部(3)寬度為 O. 5-3. 5mm。
8.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述外壓管式膜(30) 外徑為3. 5-20暈米。
9.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述鑄膜液涂敷器(7)是任何可以將鑄膜液(8)均勻涂敷在支撐管(10)外表面的裝置。
10.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述鑄膜液(8)是已知技術中用于制備中空纖維膜、毛細管膜、管式膜或平板膜所采用的各種鑄膜液中的一種。
11.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述凝膠液或淬冷液(11)是已知技術中用于制備中空纖維膜、毛細管膜、管式膜或平板膜所采用的各種凝膠液或淬冷液的一種。
12.根據權利要求I所述的同步外壓管式膜制備方法，其特征在于所述外壓管式膜(30)是微濾外壓管式膜、超濾外壓管式膜或納濾外壓管式膜中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于分離膜制造領域，制得的外壓管式膜可以用在環(huán)保、水處理和膜分離等領域。本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法將條狀支撐網布以一定纏繞角連續(xù)纏繞到一根中心軸上，纏繞時條狀支撐網布的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接，利用雙向斜置的至少一個支撐管驅動輪，驅動支撐管平移并轉動，同步在支撐管上涂敷鑄膜液，經過凝膠或淬冷制成有支撐層和分離層的外壓管式膜。本發(fā)明外壓管式膜分離層與無紡布纖維的結合比與編織管紡織纖維的結合更牢固，因而不易脫落；外壓管式膜機械強度比編織管加強膜更好，因此不易側倒和互相纏繞；制膜效率高，適合大規(guī)模生產；外壓管式膜可以反沖。本發(fā)明揭示的外壓管式膜包括微濾膜、超濾膜或納濾膜，特別適用于膜生物反應器和再生水工藝。
文檔編號B01D67/00GK102600731SQ201210073610
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權日2012年3月20日
發(fā)明者孟廣禎, 祝振鑫, 黃立州 申請人:北京坎普爾環(huán)保技術有限公司