一種中空纖維復合膜的制備方法及其設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種中空纖維復合膜的制備方法及其設備，所述設備是由膜液儲槽、中空纖維膜固定架、軸、連接器和減速電機等主要部件組成的旋轉涂覆設備，中空纖維膜固定架為通過不銹鋼軸連接的兩個布滿微孔的圓盤，中空纖維膜固定架的軸和減速電機由連接器相連。中空纖維復合膜制備方法為：將固定了中空纖維膜的中空纖維膜固定架浸置于膜液儲槽內，涂覆聚合物膜液，然后在緩慢旋轉狀態下加熱，從而將膜液涂覆在中空纖維膜外表面，得到中空纖維復合膜。本方法制得的中空纖維復合膜可用于滲透汽化、蒸汽滲透、氣體分離等膜過程。
【專利說明】一種中空纖維復合膜的制備方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用于膜分離過程的中空纖維復合膜的制備方法，本發明還涉及一種中空纖維復合膜的制備設備。
【背景技術】
[0002]近年來，膜技術的研究和應用得到迅猛發展。根據膜的形狀，可分為平板膜、中空纖維膜和管式膜三種。中空纖維膜具有制備工藝簡單，結構易于控制，單位體積內的膜面積最高等優點，因此廣泛用于廢水處理、超純水制備、海水淡化、苦咸水淡化的預處理和膜生物反應器等領域。這些膜都是基于孔徑大小差異的微濾、超濾膜。1974年，Henis用聚砜中空纖維超濾膜作支撐層，采用抽真空涂覆硅橡膠的方法制得了 N2/02分離的氣體分離膜，這種膜耐高壓，分離系數高，滲透通量大，從此開啟了中空纖維復合膜的應用新領域。
[0003]中空纖維復合膜是在中空纖維超濾或微濾膜的外表面或內表面復合一層致密聚合物膜的新型膜材料。中空纖維超濾或微濾膜起支撐作用，內表面或外表面的致密聚合物膜層起分離作用，兩者可以是相同材料，也可以是不同的材料。廣泛應用于有機物滲透汽化脫水，液體混合物中揮發性有機物的回收、N2/02分離(氣體分離)、水中微量有機污染物的脫除、有機/有機混合物分離等領域。
[0004]如何快速、便捷制得超薄活性分離層的中空纖維復合膜一直是膜研究學者追求的目標。郭勇(郭勇等，硅橡膠-聚砜中空纖維復合膜的制備及性能研究，膜科學與技術，2002, 22 (5): 58-60)等在實驗室采用加壓內涂法制備了聚二甲基硅氧烷/聚砜的中空纖維復合膜；李冰冰(李冰冰等，PDMS/PES中空纖維滲透汽化復合膜的制備，膜科學與技術，2009，29 (5): 29-32)等在聚醚砜中空纖維膜外表面涂覆一層聚二甲基硅氧烷制得中空纖維復合膜。這些方法都是屬于物理涂覆，一次只能涂覆少量膜，并且涂覆后，由于膜液的流動性導致涂覆膜層厚度不均勻。因此膜研究學者嘗試采用化學改性的方法在中空纖維膜內、夕卜表面進行活性分離層的制備。徐志康(Z.K.Xu, et al.Microporouspolypropylene hollow fiber membranes part I1:pervaporation separation ofwater/ethanol mixtures by the poly (acrylic acid) grafted membranes, J.Membr.Sc1.2003，214(1):71-81)等采用等離子聚合的方式在聚丙烯中空纖維超濾膜表面接枝聚丙烯酸，制得聚丙烯酸/聚丙烯中空纖維滲透汽化復合膜；謝景源(謝景源等，輻照交聯制備聚甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯/聚砜中空纖維納濾復合膜，天津工業大學學報，2008, 27(1): 1-4)用輻照交聯法在聚砜中空纖維膜表面制備了聚甲基丙烯酸-N，N 二甲氨基乙酯/聚砜納濾復合膜。化學改性制備中空纖維復合膜的方法雖然具有重現性好，膜結構易于控制，但是也存在改性單體數量有限等缺點，因此迫切需要找到一種快速、便捷、適合多種聚合物的中空纖維復合膜的制備新方法。
[0005]本發明是在ZL200610053745.X的基礎上，通過設計一種旋轉涂覆設備，將中空纖維膜平行的固定在帶兩個圓盤的中空纖維膜固定架上，然后浸入聚合物膜溶液中，用減速電機帶動中空纖維膜固定架在膜液中旋轉，從而將膜液涂覆在中空纖維膜外表面，然后將多于的膜液放出，粘附在中空纖維膜外表面的膜液沿著膜的中心軸旋轉，從而使膜液在膜外表面均勻涂覆，通過加熱和溫控裝置，讓膜液中的溶劑揮發，使得膜液在中空纖維膜外表面形成一層均一的分離膜，從而得到中空纖維復合膜。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種中空纖維復合膜的制備方法，本發明的目的還在于提供一種中空纖維復合膜的制備設備，所述的設備是一種旋轉涂覆設備。
[0007]本發明是這樣來實現的。一種用于制備中空纖維復合膜的旋轉涂覆設備，它包括膜液儲槽、膜液儲槽外罩、加熱裝置、中空纖維膜固定架、減速電機和連接器，其特征是中空纖維膜固定架由中空纖維膜固定盤和軸構成，所述軸穿過兩個中空纖維膜固定盤中心的固定孔，中空纖維膜固定盤的位置用軸上的銷釘固定；所述膜液儲槽的下部設有膜液儲槽閥門，所述膜液儲槽的兩端分別設有軸承；所述中空纖維膜固定架放置在膜液儲槽內，由軸承支撐中空纖維膜固定架的軸，所述軸通過連接器與減速電機連接，膜液儲槽外罩蓋在膜液儲槽上，膜液儲槽外罩上設有加熱裝置。
[0008]所述中空纖維膜固定盤上布滿微孔。
[0009]一種使用上述旋轉涂覆設備制備中空纖維復合膜的方法，其步驟如下:
(1)將中空纖維膜從兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤中穿過；
(2)將兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤向中空纖維膜兩端分開，到合適的長度后，把中空纖維膜固定架中的不銹鋼軸從中空纖維膜固定盤中心的固定孔穿過，用銷釘卡死；
(3)把中空纖維膜固定盤的端面用快干膠把中空纖維膜固定，保證膜平行排列，彼此間互不接觸；
(4)把配置好的聚合物膜液倒入平放的半圓柱形的膜液儲槽內；
(5)把固定了中空纖維膜的中空纖維膜固定架放入盛有聚合物膜液的膜液儲槽內；
(6)把中空纖維膜固定架上的軸和減速電機用連接器連接起來；
(7)開啟減速電機，調整l-50r/min的轉速，讓每根膜都涂覆上一層聚合物膜溶液；
(8)開啟膜液儲槽閥門，將多余的膜液從膜液儲槽中放出，以備下次涂覆使用；并蓋上膜液儲槽外罩，開啟加熱裝置，使膜液中的溶劑在30-100°C下揮發l_24h ；
(9)待膜液中的溶劑揮發完成后，關閉減速電機，把中空纖維膜固定架上的復合膜用剪刀剪下，進行膜組件的封裝和性能測試。
[0010]本發明的技術效果:可以快速、便捷、適合多種聚合物制備中空纖維復合膜，膜層厚度通過控制浸沒時間、膜液粘度、減速電機轉速來實現。所制備的中空纖維復合膜厚度均勻，缺陷少，可用于滲透汽化、蒸汽滲透、氣體分離等膜過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1.旋轉涂膜設備示意圖 圖2.膜液儲槽示意圖
圖3.中空纖維膜固定架及軸示意圖 圖4.中空纖維膜固定盤及膜固定示意圖
圖中:101—膜液儲槽，102—膜液儲槽外罩，2—軸承，3—膜液儲槽閥門，4一加熱裝置，5一軸，6—銷釘，7—中空纖維膜固定盤，8—中空纖維膜，9一減速電機，10一連接器。
【具體實施方式】
[0012]如圖1至4所示，一種用于制備中空纖維復合膜的旋轉涂覆設備，它包括膜液儲槽(101)、膜液儲槽外罩(102)、中空纖維膜固定架、加熱裝置(4)、減速電機(9)和連接器
(10)，其特征是中空纖維膜固定架由中空纖維膜固定盤(7)和軸(5)構成，所述軸(5)穿過兩個中空纖維膜固定盤(7)中心的固定孔，中空纖維膜固定盤(7)的位置用軸(5)上的銷釘(6)固定；所述膜液儲槽(101)的下部設有膜液儲槽閥門(3)，所述膜液儲槽(101)的兩端分別設有軸承(2);所述中空纖維膜固定架放置在膜液儲槽(101)內，由軸承(2)支撐中空纖維膜固定架的軸(5)，所述軸(5)通過連接器(10)與減速電機(9)連接，膜液儲槽外罩
(102)蓋在膜液儲槽(101)上，膜液儲槽外罩(102)上設有加熱裝置(4)。所述中空纖維膜固定盤(7)上布滿微孔。
[0013]一種使用上述旋轉涂覆設備制備中空纖維復合膜的方法，其步驟如下:
(1)將中空纖維膜(8)從兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤(7)中穿過；
(2)將兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤(7)向中空纖維膜(8)兩端分開，到合適的長度后，把中空纖維膜固定架中的不銹鋼軸(5)從中空纖維膜固定盤(7)中心的固定孔穿過，用銷釘(6)卡死；
(3)把中空纖維膜固定盤(7)的端面用快干膠把中空纖維膜(8)固定，保證膜平行排列，彼此間互不接觸；
(4)把配置好的聚合物膜液倒入平放的半圓柱形的膜液儲槽(101)內；
(5)把固定了中空纖維膜(8)的中空纖維膜固定架放入盛有聚合物膜液的膜液儲槽
(101)內；
(6)把中空纖維膜固定架上的軸(5)和減速電機(9)用連接器(10)連接起來；
(7)開啟減速電機(9)，調整l-50r/min的轉速，讓每根膜都涂覆上一層聚合物膜溶液；
(8)開啟膜液儲槽閥門(3)，將多余的膜液從膜液儲槽(101)中放出，以備下次涂覆使用；并蓋上膜液儲槽外罩(102)，開啟加熱裝置(4)，使膜液中的溶劑在30-100°C下揮發
l-24h ；
(9)待膜液中的溶劑揮發完成后，關閉減速電機(9)，把中空纖維膜固定架上的復合膜用剪刀剪下，進行膜組件的封裝和性能測試。
[0014]實施例1
將500根聚丙烯腈中空纖維膜(8)從兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，然后將兩個中空纖維膜固定盤(7)向中空纖維膜(8)兩端拉伸至80cm，然后將軸(5)從中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，到達80cm長的地方，用軸(5)上的銷釘(6)固定住；然后在中空纖維膜固定盤(7)兩端面上倒一層快干膠，把中空纖維膜固定在中空纖維膜固定盤(7)上。將用去離子水按10%濃度配好的聚乙烯醇膜溶液倒入膜液儲槽(101)內，倒入之前，先關閉膜液儲槽(101)下端的膜液儲槽閥門(3)。然后將固定了聚丙烯腈中空纖維膜(8 )的固定架的軸(5 )放在膜液儲槽(101)中的兩個軸承(2 )上，用連接器(10 )將中空纖維膜固定架和減速電機(9)連接起來。開啟減速電機(9)電源開關，并調節減速電機(9)的轉速為lOr/min，當每根中空纖維膜(8)都涂覆了膜液后，打開膜液儲槽(101)下端的膜液儲槽閥門(3 )，放出其中剩余的聚乙烯醇溶液；然后蓋上膜液儲槽外罩(102)，設定干燥溫度為70°C，開啟加熱裝置(4)，調節減速電機(9)轉速為20r/min，干燥5h后，打開膜液儲槽外罩(102)，根據中空纖維膜(8)涂覆的實際情況決定是否進行二次涂覆。涂覆完成后，用剪刀將聚乙烯醇/聚丙烯腈中空纖維復合膜從固定盤上剪下，進行膜組件的封裝。
[0015]實施例2
將300根聚砜中空纖維膜(8)從兩個疊在一起的兩個中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，然后將兩個中空纖維膜固定盤(7)向中空纖維膜(8)兩端拉伸至100cm，然后將軸(5)從中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，到達IOOcm長的地方，用軸(5)上的銷釘(6)固定住；然后在中空纖維膜固定盤(7)兩端面上倒一層快干膠，把中空纖維膜(8)固定在中空纖維膜固定盤(7)上。將用正己烷水按15%濃度配好的聚二甲基硅氧烷膜溶液倒入膜液儲槽
(101)內，倒入之前，先關閉膜液儲槽閥門(3)。然后將固定了聚砜中空纖維膜(8)的固定架的軸(5)放在膜液儲槽(101)中的兩個軸承(2)上，用連接器(10)將中空纖維膜固定架和減速電機(9)連接起來。開啟減速電機(9)電源開關，并調節減速電機(9)的轉速為5r/min，當每根中空纖維膜(8)都涂覆了膜液后，打開膜液儲槽閥門(3)，放出其中剩余的聚二甲基硅氧烷溶液；然后蓋上膜液儲槽外罩(102)，設定干燥溫度為40°C，開啟加熱裝置(4)，調節減速電機轉速為20r/min，干燥20h后，打開膜液儲槽外罩(102)，根據膜涂覆的實際情況決定是否進行二次涂覆。涂覆完成后，用剪刀將聚二甲基硅氧烷/聚砜中空纖維復合膜從固定盤上剪下，進行膜組件的封裝。
[0016]實施例3
將100根Al2O3中空纖維膜(8)從兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，然后將兩個中空纖維膜固定盤(7)向中空纖維膜(8)兩端拉伸至60cm，然后將軸(5)從中空纖維膜固定盤(7)上的孔中穿過，到達60cm長的地方，用軸(5)上的銷釘(6)固定住；然后在中空纖維膜固定盤(7)兩端面上倒一層快干膠，把中空纖維膜(8)固定在中空纖維膜固定盤(7)上。將用四氫呋喃按12%濃度配好的聚氨酯膜溶液倒入膜液儲槽(I)內，倒入之前，先關閉膜液儲槽閥門(3)。然后將固定了 Al2O3中空纖維膜(8)的固定架的軸(5)放在膜液儲槽(I)中的兩個軸承(2)上，用連接器(10)將中空纖維膜固定架和減速電機(9)連接起來。開啟減速電機(9)電源開關,并調節減速電機轉速為10r/min,當每根膜都涂覆了膜液后，打開膜液儲槽閥門(3 )，放出其中剩余的聚氨酯膜溶液；然后蓋上膜液儲槽外罩
(102)，設定干燥溫度為30°C，開啟加熱裝置(4)，調節減速電機轉速為30r/min，干燥2h后，打開膜液儲槽外罩(102)，根據膜涂覆的實際情況決定是否進行二次涂覆。涂覆完成后，將聚氨酯/Al2O3中空纖維復合膜從固定盤上取下，進行膜組件的封裝。
【權利要求】
1.一種中空纖維復合膜的制備方法，其特征是把中空纖維膜固定在旋轉涂覆設備上，向旋轉涂覆設備內加入聚合物膜溶液，通過電機帶動使中空纖維膜旋轉，將聚合物膜溶液涂覆在中空纖維膜外表面，然后排出旋轉涂覆設備內殘余的聚合物膜溶液，加熱烘干中空纖維膜外表面的聚合物膜溶液，待膜表面附著的膜液中溶劑完全揮發后，得到中空纖維復合膜。
2.一種用于制備中空纖維復合膜的旋轉涂覆設備，它包括膜液儲槽、膜液儲槽外罩、中空纖維膜固定架、加熱裝置、減速電機和連接器，其特征是中空纖維膜固定架由中空纖維膜固定盤和軸構成，所述軸穿過兩個中空纖維膜固定盤中心的固定孔，中空纖維膜固定盤的位置用軸上的銷釘固定；所述膜液儲槽的下部設有膜液儲槽閥門，所述膜液儲槽的兩端分別設有軸承；所述中空纖維膜固定架放置在膜液儲槽內，由軸承支撐中空纖維膜固定架的軸，所述軸通過連接器與減速電機連接，膜液儲槽外罩蓋在膜液儲槽上，膜液儲槽外罩上設有加熱裝置。
3.根據權利要求2所述的用于制備中空纖維復合膜的旋轉涂覆設備，其特征是所述中空纖維膜固定盤上布滿微孔。
4.根據權利要求1所述的一種中空纖維復合膜的制備方法，其特征是使用權利要求2所述的旋轉涂覆設備制備中空纖維復合膜，具體步驟如下: 將中空纖維膜從兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤中穿過； 將兩個疊在一起的中空纖維膜固定盤向中空纖維膜兩端分開，到合適的長度后，把中空纖維膜固定架中的不銹鋼軸從中空纖維膜固定盤中心的固定孔穿過，用銷釘卡死； 把中空纖維膜固定盤的端面用快干膠把中空纖維膜固定，保證膜平行排列，彼此間互不接觸； 把配置好的聚合物膜液倒入平放的半圓柱形的膜液儲槽內； 把固定了中空纖維膜的中空纖維膜固定架放入盛有聚合物膜液的膜液儲槽內； 把中空纖維膜固定架上的軸和減速電機用連接器連接起來； 開啟減速電機，調整l-50r/min的轉速，讓每根膜都涂覆上一層聚合物膜溶液； 開啟膜液儲槽閥門，將多余的膜液從膜液儲槽中放出，以備下次涂覆使用；并蓋上膜液儲槽外罩，開啟加熱裝置，使膜液中的溶劑在30-100°C下揮發l_24h ； 待膜液中的溶劑揮發完成后，關閉減速電機，把中空纖維膜固定架上的復合膜用剪刀剪下，進行膜組件的封裝和性能測試。
【文檔編號】B01D69/08GK103752181SQ201410002960
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】馬馳遠, 董永全, 舒自學, 魏文靜, 萬婷, 孔穎, 許慧敏 申請人:南昌航空大學