一種無機炭平板膜組件的制作方法
【專利摘要】本發明涉及水處理領域，尤其涉及一種平板式無機炭膜組件。它包括并列排布的平板式無機炭膜和用于密封所述無機炭膜兩端且用于收集產水的端頭；所述平板式無機炭膜的膜板或膜片內設有多個貫穿膜片的中空流道；所述平板式無機炭膜為橫截面呈矩形的板狀或片狀結構；所述平板式無機炭膜內設置的貫穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均勻分布，中空流道橫截面呈長方形、正方形、圓形或其它形狀。采用本發明結構的平板式無機炭膜組件，能夠有效降低膜污染，便于膜清洗，保障膜組件的運行時間，延長膜使用壽命。
【專利說明】
一種無機炭平板膜組件
技術領域
[0001 ]本發明涉及水處理領域，尤其涉及一種平板式無機炭膜組件。
【背景技術】
[0002] 在現有技術中，過濾膜組件污堵問題和清洗問題是影響其使用的主要問題。過濾 膜一般分為中空纖維膜、管式膜和板式膜。中空纖維膜一般是內徑0.8-1.2毫米的纖維狀膜 絲，由于其通道內徑小，一般要求對原水進行嚴格的預處理，去除水中雜質和懸浮物，防止 膜污堵。管式膜水流通道較大，一般在3-5毫米，由此可以接受較高的進水雜質和濁度，但是 由于膜組件一般封裝數十至數千根膜管，膜組件中對于膜管的密封要求高，容易發生泄漏。 使用板式膜組裝的膜組件，是由并列排布的平板膜和用于密封且用于收集產水的端頭構 成，平板間距可以根據進水水質情況調整，由于平板膜之間是開放式開口，所以能夠接受進 水中較高的雜質和濁度，同時膜清洗時污染物也比較容易被清除，最后對于并列排布的平 板膜的密封也比管式膜的密封容易，且密封結構簡單效果好。
[0003] 隨著運行時間的延長，膜組件的過濾通量會隨之下降，需要定時反洗來恢復過濾 通量。當通過反洗無法完全恢復通量時，就需要對膜組件進行化學清洗，一般使用酸、堿或 其它清洗藥劑對膜進行化學清洗。對膜進行反洗和化學清洗時，就需要膜具有一定的機械 強度和耐酸堿性。膜的材質一般包括有機高分子材料、無機材料和金屬材料等。對于有機高 分子材質的過濾膜，機械強度和耐酸堿性相對較差，難以勝任頻繁反洗和化學清洗，結果是 膜的使用壽命降低。金屬膜的機械強度較高，化學穩定性良好，但是金屬膜一般過濾精度不 高，且膜孔分布較寬，同時金屬膜的成本也較高，因此限制了金屬膜的廣泛應用，一般只應 用于特殊分離過程。無機膜一般由氧化鋁、氧化鋯、碳化硅等制成，無機膜的機械強度較高， 同時耐酸堿性良好，膜過濾精度高，過濾孔徑分布窄，已經廣泛應用于各種分離過程中。其 中，碳化硅材質的無機膜由于材質的高親水性，高孔隙率，好的耐酸耐堿性，使其具有高的 過濾通量和化學清洗性能，在各種高含油、高懸浮物和高濁度的污水處理中，顯示出更多優 勢。 CN203663714U( 2014-6-25)公開了一種碳化硅材質的無機炭膜組件，其中無機炭膜是 一種蜂窩狀結構，該膜組件結構簡單，密封性好，裝配方便。然而該組件結構仍然有待改進。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種通量高，抗污染能力強，對進水預處理要求低，容易清 洗，膜使用壽命長的平板式無機炭膜及其膜組件，該膜組件可以作為普通過濾或膜生物反 應器等。
[0005] 本發明的上述目的是通過以下技術方案得以實現的： 一種平板式無機炭膜組件，其包括并列排布的平板式無機炭膜和用于密封所述無機炭 膜兩端且用于收集產水的端頭； 所述平板式無機炭膜的膜板或膜片內設有多個貫穿膜片的中空流道； 所述平板式無機炭膜為橫截面呈矩形的板狀或片狀結構； 所述平板式無機炭膜內設置的貫穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均勻分布，中 空流道橫截面呈長方形、正方形、圓形或其它形狀。
[0006] 采用本發明結構的平板式無機炭膜組件，具有通量高，抗污染能力強，對進水預處 理要求低，容易清洗，膜使用壽命長等特點。可以作為普通過濾或膜生物反應器等。
[0007] 作為優選，所述平板式無機炭膜包括支撐體和分離層； 所述無機炭膜的支撐體是由具有較大孔徑的碳化硅材料構成;所述無機炭膜的分離層 是在膜板或膜片的外側，由碳化硅材料構成的過濾層。
[0008] 支撐體孔徑一般大于50微米，優選支撐體部分的孔徑大于100微米。
[0009] 分離層通過二次涂覆方法涂覆在支撐體上，根據過濾孔徑需要，可以進行一次或 多次涂覆。分離層厚度很小、具有較小過濾孔徑和窄的孔徑分布。
[0010]更優選地，分離層厚度為〇.〇5~1微米； 分離層過濾精度包括超濾和微濾范圍，孔徑范圍20nm~ΙΟμπι;在過濾孔徑大于1微米時， 分離層是通過一次涂覆完成； 在過濾孔徑小于1微米時，分離層是通過兩次或多次涂覆完成，先在支撐體上涂覆具有 1微米孔徑的過濾層，然后在此過濾層上再涂覆一層具有要求過濾孔徑的過濾層。
[0011]更優選地，分離層厚度為0.1~0.5微米。
[0012]支撐體和分離層兩部分采用同一種材料，經過高溫處理后兩部分成為同一相。由 于分離層和支撐層是同一種材料，兩者的熱膨脹系數相同，這樣就避免了分離層與支撐層 間剝離破壞的問題。
[0013] 本發明的無機炭膜采用了復合無機炭材料，具有極低的水接觸角(0.3° )，是已知 所有膜材料(包括有機膜材料，無機膜材料和金屬膜材料）中最小值，即無機炭膜材料的親 水性最好，抗污染能力最高。同時，通過制造工藝控制，可以制備出孔隙率超過45%的膜片， 使得無機炭膜的處理通量極高，可以達到陶瓷膜的5倍以上。這些獨特性能，使其在油田采 出水和其它含油污水處理應用中，顯示出獨一無二的優勢，降低了膜的投資成本，解決了現 有工藝中有機膜和金屬膜在技術或技術經濟方面存在的問題。
[0014] 膜孔徑是由分離層決定的，無機炭膜通過獨特的涂覆技術，尤其是不同的加料順 序和階梯烘干，這就保證了對膜孔徑的精準控制，使它具有精準的膜孔徑和非常窄的孔徑 分布。這樣，就從根本上保證了對懸浮物粒徑大小的控制。同時，無機炭膜結構設計采用了 集成化模塊式設計，這種獨特的結構設計具有高度集成性和優異的結構密封性，同時也極 大地提高了膜的整體強度，這些特點為膜的長周期、穩定和達標運行提供了保證。
[0015] 作為優選，所述分離層厚度為0.05~1微米； 所述分離層厚度與支撐層厚度比為1:50-100;分離層過濾精度包括超濾和微濾范圍， 孔徑范圍20nm~I Oym; 分離層通過多次涂覆而成，由此形成支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸變 小的孔徑梯度。支撐層、分離層內層和分離層外層的總厚度即為過濾層厚度。
[0016] 所述并列排布的平板式無機炭膜中設有平行分布的產水通道，產水通道截面可以 是正方形、長方形、圓形、橢圓形和其它多邊形，在一個膜片上產水通道截面形狀可以相同， 也可以是不同形狀。
[0017] 作為優選，所述膜片厚度與平板式無機炭膜產水通道高度比例為I: 1.5-20,優化 地比例為1:2-10。
[0018] 分離層經過多次涂覆，由此可得到支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸 變小的孔徑梯度;一方面保證了膜過濾效率與通量，以及膜反沖洗效果，即通量恢復率高， 另一方面進一步提高過濾精度，使無機炭膜具有精準的膜孔徑和非常窄的孔徑分布。這樣， 進一步從根本上保證了對懸浮物粒徑大小的控制。發明人發現，平板式無機炭膜膜片厚度 與所述產水通道高度比例控制得當，會使膜片壽命和組件壽命都得到提高。平板式無機炭 膜膜片厚度與所述產水通道高度比例若太大，則過濾膜厚度過大，產水阻力增加，通量降 低;該比例若太小，則無機炭膜膜片機械強度降低，影響使用壽命。同時控制分離層厚度與 支撐層厚度的比例以及產水通道高度與所述平板式無機炭膜厚度比例，能使膜片強度達到 更好的需求，并同時使膜片與膜組件設計更有助于解決過濾膜組件污堵問題和清洗問題。
[0019] 無機炭膜采用了獨特的膜材料和膜結構。膜材料是一種新型無機復合炭材料，該 材料具有親水性好，孔隙率高，化學穩定性和熱穩定性高，強度和耐磨損性能高等特點。無 機炭膜是一種非對稱膜，膜本體包括膜表層(分離層)和大孔載體(支撐層)兩部分，兩部分 采用了同一種材料，經過高溫處理后成為無機炭膜。由于分離層和支撐層是同一種材料，高 溫處理使兩者成為一體，兩者的熱膨脹系數相同，這樣就避免了分離層與支撐層間剝離破 壞的問題。由于膜材料的化學穩定性和耐腐蝕能力極高，這樣就克服了由于腐蝕造成的膜 完整性破壞和過濾性能下降的問題。
[0020] 本發明的無機炭膜采用了復合無機炭材料，具有極低的水接觸角(0.3° )，是已知 所有膜材料(包括有機膜材料，無機膜材料和金屬膜材料）中最小值，即無機炭膜材料的親 水性最好，抗污染能力最高。同時，通過制造工藝控制，可以制備出具有45%孔隙率的膜組 件，使得無機炭膜的處理通量極高，可以達到陶瓷膜的5倍以上。這些獨特性能，使其在油田 采出水和其它含油污水處理應用中，顯示出獨一無二的優勢，降低了膜的投資成本解決了 現有工藝中有機膜和金屬膜在技術或技術經濟方面存在的問題。
[0021] 作為優選，所述支撐層的制備步驟為： (1) 配料:按一定重量比將兩種不同粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水，在混合器中混合 0.1-5小時，得到泥料； (2) 將所制備的泥料通過擠出機擠出成型，擠出物尺寸由擠出機機頭模具決定，得到具 有一定外形尺寸和產水通道尺寸的坯料； (3) 將所制備的坯料在室溫通風條件下干燥0.5-24小時； (4) 將室溫干燥后的坯料放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至2000~2400°C，并在 此溫度下保持1~10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜支撐層。
[0022] 作為優選，所述分離層的制備步驟為： (1) 將具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水混合，制成漿料； (2) 將膜支撐體外側面均勻涂覆所得漿料； (3) 將涂覆后的膜板在室溫通風條件下干燥0.5-24小時； (4) 將干燥后的膜板放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至1800~2400°C，并在此溫 度下保持1~10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜具有支撐層和過濾層的不對 稱膜片。
[0023]分離層的制備步驟(2)可以采用各種涂覆方法，如噴涂、刮涂、浸涂等。可以一次涂 覆，也可以多次涂覆. 本發明炭膜配方由：碳化硅、粘合劑、水及表面改性劑組成，其中： 粘合劑:采用聚合物粘合劑，優選采用聚烯烴類粘合劑，如聚乙烯、聚丙烯等。
[0024]表面改性劑:帶有親水基團有機溶劑，如乙醇、丙三醇等。
[0025] 聚烯烴以其質輕、價廉及低吸濕性而廣泛應用于工業生產的各個領域。但由于其 非極性、表面能低導致了它的染色性、粘合性、親水性、抗靜電性以及與其他高分子聚合物 或無機填料的相容性差。本發明采用聚烯烴作為粘合劑，又引入帶親水基團的表面改性劑， 擔當水與聚烯烴粘合劑之間的橋架作用，改善本發明制膜配合料系統的相溶性，這樣既保 持了聚烯烴聚合物粘合劑質輕、價廉及低吸濕性的優勢，又保證了系統相溶性，從而保證本 發明無機炭膜支撐體質地均勻、機械強度有保障； 膜孔徑是由分離層決定的，無機炭膜通過獨特的涂覆技術，尤其是不同的加料順序和 階梯烘干，這就保證了對膜孔徑的精準控制，使它具有精準的膜孔徑和非常窄的孔徑分布。 這樣，就從根本上保證了對懸浮物粒徑大小的控制。同時，無機炭膜結構設計采用了集成化 模塊式設計，這種獨特的結構設計具有高度集成性和優異的結構密封性，同時也極大地提 高了膜的整體強度，這些特點為膜的長周期、穩定和達標運行提供了保證。
[0026] 作為優選，所述分離層涂覆制備在所述支撐體層上后獲得初級無機炭膜，所述無 機炭膜的制備包括將所述初級無機炭膜燒結，燒結具體是以5_15°C/min的速率升溫至500-550 °C并保溫0.3-0.5h，然后再以10-20 °C/min的速率升溫至800-1000 °C并保溫0.5-0.8h獲 得最終的無機炭平板膜。
[0027] 進一步控制燒結過程，能夠達到更好的膜性能：有效運行通量可達到傳統陶瓷膜 的5倍以上，表層膜分離層與水的接觸角最高僅為0.3°，親水性好，抗油類污染能力強，進水 中懸浮物和油類污染物可以達到l〇mg/L以上;采用低膜面流速的錯流過濾方式進行過濾處 理，有效地避免油類污染和來水沖擊對膜本身造成的影響，且過濾精度高，懸浮物固體粒徑 中值微米。
[0028] 作為優選，所述涂膜液溶劑中還包括3-5重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑。
[0029]作為優選，所述涂膜液溶劑中還包括0.6-1.5重量份抗氧劑168。
[0030] 作為優選，所述支撐層和/或分離層按重量份的組成為： 骨料:煤粉42-48份，酚醛樹脂12-14份，白炭黑23-28份，膨潤土5-9份，燒高嶺土4-8份； 成孔劑:紫木節〇. 5_1份、蛇紋石粉0.3-0.8份； 添加劑:硝酸銅1.2-1.6份，二甲基二樣硅烷改性的二氧化硅或者脂肪酸改性的碳酸鈣 2.5-3.2 份； 分散劑:卵磷脂0.8-1.2份。
[0031] 更優選地，所述支撐層和/或分離層的制備步驟為： (1) 配料:按重量比配制白炭黑15-20份、煤粉26-28份、紫木節0.6-0.8份； (2) 涂膜液溶劑配制：將丙三醇、乙二醇和1，4_ 丁二醇按體積比11-14:10-15:20-26稱 量混合； (3 )分離層漿料配制:將所述煤粉26-28份先加入所述涂膜液溶劑中混合2-4min，然后 將所述紫木節〇. 6-0.8份加入混合l-3min，最后將所述白炭黑15-20份加入混合8-12min，得 到均勻的分離層漿料； (4)分離層漿料涂覆:將所述分離層漿料均勻噴涂在所述支撐體層上，然后先在75-85 °C烘干3-4h，再在130-140°C烘干1.5-2h獲得分離層。
[0032] 更優選地，所述涂膜液溶劑中還包括3.5-4.5重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑； 所述涂膜液溶劑中還包括〇. 9-1.1重量份抗氧劑168。
[0033] 更優選地，所述無機炭膜與端頭之間通過環氧膠、聚胺酯、玻璃膠進行密封并固 定。
[0034] 綜上所述，本發明具有以下有益效果： 1、 膜過濾通量高，對進水預處理要求低，過濾精度高； 2、 化學穩定性和耐腐蝕能力高，耐污堵，反沖洗通量恢復率高，使用壽命長。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發明無機炭平板膜一種示意圖； 圖2是本發明無機炭平板膜一種示意圖； 圖3是本發明無機炭平板膜一種示意圖； 圖4是本發明平板式無機炭膜組件示意圖； 圖5是本發明無機炭平板膜內部結構一種示意圖； 圖6是本發明無機炭平板膜組件內部結構一種示意圖； 圖7是本發明無機炭平板膜組件內部結構一種示意圖； 圖8是本發明無機炭平板膜組件一種示意圖； 圖9是本發明無機炭平板膜支撐層的一種制備工藝的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0037] 如圖1-圖9所示，平板式無機炭膜組件包括并列排布的無機炭膜和用于密封無機 炭膜兩端且用于收集產水的端頭;無機炭膜的膜板或膜片內上設有多個貫穿膜片的中空流 道;無機炭膜為橫截面呈矩形的片狀結構;無機炭膜包括支撐層和分離層。無機炭膜與端頭 之間通過環氧膠、聚胺酯、玻璃膠進行密封并固定。組件內的產水通道可以是正方形、圓形 或六邊形。
[0038] 實施例一 無機炭膜包括支撐層和分離層； 分離層厚度為0.05微米； 分離層過濾孔徑為20nm; 支撐層按重量份的組成為： 骨料:煤粉40份，酚醛樹脂10份，白炭黑20份，膨潤土5份，燒高嶺土8份； 成孔劑:紫木節〇. 5份、蛇紋石粉0.3份； 添加劑:硝酸銅1份，二甲基二樣硅烷改性的二氧化硅2份； 分散劑:卵磷脂0.8份。
[0039] 分離層的制備步驟為： 配料:按重量比配制白炭黑15份、煤粉25份、紫木節0.5份； 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按體積比10:8:30稱量混合； 分離層漿料配制:將煤粉25份先加入涂膜液溶劑中混合2min，然后將紫木節0.5份加入 混合Imin，最后將白炭黑15份加入混合8min，得到均勾的分離層衆料； 分離層漿料涂覆:將分離層漿料均勻噴涂在支撐層11上，然后先在70°C烘干2h，再在 120°C烘干Ih獲得分離層12。
[0040] 分離層涂覆制備在支撐層上后獲得初級無機炭膜，無機炭膜的制備包括將初級無 機炭膜燒結，燒結具體是以5-15 °C /min的速率升溫至500-550 °C并保溫0.3-0.5h，然后再以 10-20 °C /min的速率升溫至800-1000 °C并保溫0.5-0.8h獲得最終的無機炭平板膜。
[0041] 實施例二 無機炭膜包括支撐層和分離層； 分離層厚度為1微米； 分離層過濾孔徑為ΙΟμπι; 支撐層按重量份的組成為： 骨料:煤粉50份，酚醛樹脂15份，白炭黑30份，膨潤土9份，燒高嶺土4份； 成孔劑:紫木節1份、蛇紋石粉〇. 8份； 添加劑:硝酸銅2份，脂肪酸改性的碳酸鈣4份； 分散劑:卵磷脂1.2份。
[0042]分離層的制備步驟為： 配料:按重量比配制白炭黑20份、煤粉30份、紫木節1份； 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按體積比15: 16:18稱量混合； 分離層漿料配制:將煤粉30份先加入涂膜液溶劑中混合4min，然后將紫木節1份加入混 合3min，最后將白炭黑20份加入混合12min，得到均勾的分離層衆料； 分離層漿料涂覆:將分離層漿料均勻噴涂在支撐層上，然后先在90°C烘干5h，再在150 °C烘干3h獲得分離層。
[0043]分離層涂覆制備在支撐層上后獲得初級無機炭膜，無機炭膜1的制備包括將初級 無機炭膜燒結，燒結具體是以15°C/min的速率升溫至550°C并保溫0.5h，然后再以10-20°C/ min的速率升溫至l〇〇〇°C并保溫0.8h獲得最終的無機炭平板膜。
[0044] 實施例三 無機炭膜包括支撐層和分離層； 分離層厚度為0.05微米； 分離層厚度與支撐層厚度比為1: 100;分離層過濾孔徑20nm; 分離層通過多次涂覆而成，由此得到支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸變 小的孔徑梯度； 并列排布的平板式無機炭膜與無機炭膜之間形成產水通道，平板式無機炭膜厚度與產 水通道高度比例為1:4。
[0045] 支撐層按重量份的組成為： 骨料:煤粉45份，酚醛樹脂13份，白炭黑22份，膨潤土6份，燒高嶺土5份； 成孔劑:紫木節〇. 8份、蛇紋石粉0.5份； 添加劑:硝酸銅1.2份，二甲基二樣硅烷改性的二氧化硅3份； 分散劑:卵磷脂0.9份。
[0046] 分離層的制備步驟為： 配料:按重量比配制白炭黑18份、煤粉28份、紫木節0.8份； 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按體積比11:10:20稱量混合； 分離層漿料配制:將煤粉28份先加入涂膜液溶劑中混合3min，然后將紫木節0.8份加入 混合2min，最后將白炭黑18份加入混合IOmin，得到均勾的分離層衆料； 分離層漿料涂覆:將分離層漿料均勻噴涂在支撐層上，然后先在79°C烘干3h，再在140 °C烘干2h獲得分離層12。
[0047] 分離層涂覆制備在支撐層上后獲得初級無機炭膜，無機炭膜的制備包括將初級無 機炭膜進行燒結，燒結具體是以l〇°C/min的速率升溫至530°C并保溫0.4h，然后再以15°C/ min的速率升溫至900°C并保溫0.6h獲得最終的無機炭平板膜。
[0048] 實施例四 無機炭膜包括支撐層和分離層； 分離層厚度為1微米； 分離層厚度與支撐層厚度比為1:50;分離層過濾孔徑?ομπι; 分離層通過多次涂覆而成，由此得到支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸變 小的孔徑梯度； 并列排布的平板式無機炭膜與無機炭膜之間形成產水通道，平板式無機炭膜厚度與產 水通道高度比例為1: 20。
[0049] 其余同實施例四，不同的是涂膜液溶劑中還包括3重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯偶 聯劑;涂膜液溶劑中還包括〇. 6重量份抗氧劑168; 支撐層按重量份的組成為： 骨料:煤粉42份，酚醛樹脂12份，白炭黑23份，膨潤土5份，燒高嶺土4份； 成孔劑:紫木節〇. 5份、蛇紋石粉0.3份； 添加劑:硝酸銅1.2份，二甲基二樣硅烷改性的二氧化硅2.5份； 分散劑:卵磷脂0.8份。
[0050] 分離層的制備步驟為： 配料:按重量比配制白炭黑15份、煤粉26份、紫木節0.6份； 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按體積比11:10:20稱量混合； 分離層漿料配制:將煤粉26份先加入涂膜液溶劑中混合2min，然后將紫木節0.6份加入 混合l_3min，最后將白炭黑15份加入混合8-12min，得到均勾的分離層衆料； 分離層漿料涂覆:將分離層漿料均勻噴涂在支撐層上，然后先在75°C烘干3h，再在130 °C烘干1.5h獲得分離層。
[0051] 實施例五 無機炭膜包括支撐層和分離層； 分離層厚度為0.08微米； 分離層厚度與支撐層厚度比為1:80;分離層過濾孔徑Ιμπι; 分離層通過多次涂覆而成，由此得到支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸變 小的孔徑梯度； 并列排布的平板式無機炭膜與無機炭膜之間形成產水通道，平板式無機炭膜厚度與產 水通道高度比例為1:8。
[0052]其余同實施例四，不同的是涂膜液溶劑中還包括4.5重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯 偶聯劑，涂膜液溶劑中還包括1.1重量份抗氧劑168。
[0053]涂膜液溶劑中還包括5重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑;涂膜液溶劑中還包括 1.5重量份抗氧劑168; 支撐層按重量份的組成為： 骨料:煤粉48份，酚醛樹脂14份，白炭黑28份，膨潤土9份，燒高嶺土8份； 成孔劑:紫木節1份、蛇紋石粉〇. 8份； 添加劑:硝酸銅1.6份，脂肪酸改性的碳酸鈣3.2份； 分散劑:卵磷脂1.2份。
[0054]分離層12的制備步驟為： 配料:按重量比配制白炭黑20份、煤粉28份、紫木節0.8份； 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按體積比14: 15: 26稱量混合； 分離層漿料配制:將煤粉28份先加入涂膜液溶劑中混合4min，然后將紫木節0.8份加入 混合l-3min，最后將白炭黑15-20份加入混合8-12min，得到均勾的分離層衆料； 分離層漿料涂覆:將分離層漿料均勻噴涂在支撐層上，然后先在85°C烘干3-4h，再在 140°C烘干2h獲得分離層。
[0055] 經檢測，膜性能：有效運行通量可達到傳統陶瓷膜的5倍以上，表層膜分離層與水 的接觸角最高僅為〇.3°，親水性好，抗油類污染能力強，進水中懸浮物和油類污染物可以達 到10mg/L以上;采用低膜面流速的錯流過濾方式進行過濾處理，有效地避免油類污染和來 水沖擊對膜本身造成的影響，且過濾精度高，懸浮物固體粒徑中值微米。
[0056] 實施例六 同實施例一，不同的是支撐層的制備步驟為： (1) 配料:按一定重量比將兩種不同粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水，在混合器中混合 0.1小時，得到具有粘度的泥料； (2) 將所制備的泥料通過擠出機擠出成型，擠出物尺寸由擠出機機頭模具決定，得到具 有一定外形尺寸和產水通道尺寸的坯料； (3) 將所制備的坯料在室溫通風條件下干燥0.5小時； (4) 將室溫干燥后的坯料放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至2000°C，并在此溫度 下保持1小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜支撐層。
[0057] 分離層的制備步驟為： (1) 將具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水混合，制成漿料； (2) 將膜支撐體外側面均勻涂覆所得漿料； (3) 將涂覆后的膜板在室溫通風條件下干燥0.5小時； (4) 將干燥后的膜板放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至1800°C，并在此溫度下保 持1小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜具有支撐層和過濾層的不對稱膜片。
[0058] 實施例七 同實施例三，不同的是支撐層的制備步驟為： (1) 配料:按一定重量比將兩種不同粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水，在混合器中混合5 小時，得到具有粘度的泥料； (2) 將所制備的泥料通過擠出機擠出成型，擠出物尺寸由擠出機機頭模具決定，得到具 有一定外形尺寸和產水通道尺寸的坯料； (3) 將所制備的坯料在室溫通風條件下干燥24小時； (4) 將室溫干燥后的坯料放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至2400°C，并在此溫度 下保持10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜支撐層。
[0059]分離層的制備步驟為： (1) 將具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水混合，制成漿料； (2) 將膜支撐體外側面均勻涂覆所得漿料； (3) 將涂覆后的膜板在室溫通風條件下干燥0.5-24小時； (4) 將干燥后的膜板放入煅燒爐中，在18小時內將溫度升高至2400°C，并在此溫度下保 持10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜具有支撐層和過濾層的不對稱膜片。
[0060] 實施例八 同實施例一，不同的是支撐層的制備步驟為： (1) 配料:按一定重量比將兩種不同粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水，在混合器中混合3 小時，得到具有粘度的泥料； (2) 將所制備的泥料通過擠出機擠出成型，擠出物尺寸由擠出機機頭模具決定，得到具 有一定外形尺寸和產水通道尺寸的坯料； (3) 將所制備的坯料在室溫通風條件下干燥4小時； (4) 將室溫干燥后的坯料放入煅燒爐中，在16小時內將溫度升高至2300°C，并在此溫度 下保持5小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜支撐層。
[0061]分離層的制備步驟為： (1) 將具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水混合，制成漿料； (2) 將膜支撐體外側面均勻涂覆所得漿料； (3) 將涂覆后的膜板在室溫通風條件下干燥0.5-24小時； (4) 將干燥后的膜板放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至1900°C，并在此溫度下保 持6小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜具有支撐層和過濾層的不對稱膜片。
[0062] 將本發明實施例一-實施例八的無機炭平板膜組裝成的平板式無機炭膜組件應用在油 田采出水過濾中的性能比較見表1和表2。
[0063] 表1處理油田采出水過濾效果對比
表2處理油田采出水過濾反洗和化學清洗效果對比
本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其并不是對本發明的限制，本領域技術人員在 閱讀完本說明書后可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明 的權利要求范圍內都受到專利法的保護。
【主權項】
1. 一種平板式無機炭膜組件，其特征在于：它包括并列排布的平板式無機炭膜和用于 密封所述無機炭膜兩端且用于收集產水的端頭； 所述平板式無機炭膜的膜板或膜片內設有多個貫穿膜片的中空流道； 所述平板式無機炭膜為橫截面呈矩形的板狀或片狀結構； 所述平板式無機炭膜內設置的貫穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均勻分布，中 空流道橫截面呈長方形、正方形、圓形或其它形狀。2. 根據權利要求1所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于： 所述平板式無機炭膜包括支撐體和分離層； 所述無機炭膜的支撐體是由具有較大孔徑的碳化硅材料構成;所述無機炭膜的分離層 是在膜板或膜片的外側，由碳化硅材料構成的過濾層； 所述分離層厚度為〇. 05~1微米； 分離層過濾精度包括超濾和微濾范圍，孔徑范圍20nm~1 Ομπι; 在過濾孔徑大于1微米時，分離層是通過一次涂覆完成； 在過濾孔徑小于1微米時，分離層是通過兩次或多次涂覆完成，先在支撐體上涂覆具有 1微米孔徑的過濾層，然后在此過濾層上再涂覆一層具有要求過濾孔徑的過濾層。3. 根據權利要求1所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于：所述分離層厚度為 0.05~1微米； 所述分離層厚度與支撐層厚度比為1:50-100;分離層過濾精度包括超濾和微濾范圍， 孔徑范圍20nm~I Oym; 分離層通過多次涂覆而成，由此得到支撐層、分離層內層和分離層外層的孔徑逐漸變 小的孔徑梯度； 所述并列排布的平板式無機炭膜與無機炭膜之間形成產水通道，所述平板式無機炭膜 厚度與所述產水通道高度比例為1:1.5-20。4. 根據權利要求3所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:支撐體孔徑大于50微 米。5. 根據權利要求3所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述支撐層和/或分 離層按重量份的組成為： 骨料:煤粉40-50份，酚醛樹脂10-15份，白炭黑20-30份，膨潤土5-9份，燒高嶺土4-8份； 成孔劑:紫木節〇. 5_1份、蛇紋石粉0.3-0.8份； 添加劑:硝酸銅1-2份，二甲基二樣硅烷改性的二氧化硅或者脂肪酸改性的碳酸鈣2-4 份； 分散劑:卵磷脂0.8-1.2份。6. 根據權利要求4所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述支撐層和/或分 離層的制備步驟為： (1) 配料:按重量比配制白炭黑15-20份、煤粉25-30份、紫木節0.5-1份； (2) 涂膜液溶劑配制:將丙三醇、乙二醇和1，4_ 丁二醇按體積比10-15:8-16:18-30稱量 混合； (3)分離層漿料配制:將所述煤粉25-30份先加入所述涂膜液溶劑中混合2-4min，然后 將所述紫木節0.5-1份加入混合l-3min，最后將所述白炭黑15-20份加入混合8-12min，得到 均勻的分離層漿料； (4)分離層漿料涂覆:將所述分離層漿料均勻噴涂在所述支撐體層上，然后先在70-90 °C烘干2-5h，再在120-150 °C烘干I _3h獲得分離層。7. 根據權利要求5所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述分離層涂覆制備 是在所述支撐體層上后獲得初級無機炭膜，所述無機炭膜的制備包括將所述初級無機炭膜 燒結，燒結具體是以5-15 °C/min的速率升溫至500-550°C并保溫0.3-0.5h，然后再以10-20 °C/min的速率升溫至800-1000°C并保溫0.5-0.8h，獲得最終的無機炭平板膜分離層。8. 根據權利要求7所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述涂膜液溶劑中還 包括3-5重量份硅烷偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑。9. 根據權利要求1所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述支撐層的制備步 驟為： (1) 配料：按一定重量比將兩種不同粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水，在混合器中混合 0.1-5小時，得到泥料； (2) 將所制備的泥料通過擠出機擠出成型，擠出物尺寸由擠出機機頭模具決定，得到具 有一定外形尺寸和產水通道尺寸的坯料； (3) 將所制備的坯料在室溫通風條件下干燥0.5-24小時； (4) 將室溫干燥后的坯料放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至2000~2400°C，并在 此溫度下保持1~10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜支撐層。10. 根據權利要求9所述的一種平板式無機炭膜組件，其特征在于:所述分離層的制備 步驟為： 將具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合劑和水混合，制成漿料； 將膜支撐體外側面均勻涂覆所得漿料； 將涂覆后的膜板在室溫通風條件下干燥〇. 5-24小時； 將干燥后的膜板放入煅燒爐中，在24小時內將溫度升高至1800~2400°C，并在此溫度下 保持1~10小時，然后在24小時內將溫度降至室溫，得到膜具有支撐層和過濾層的不對稱膜 片。
【文檔編號】C02F3/00GK105921024SQ201610342745
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】李光輝
【申請人】浙江瑞普環境技術有限公司