專(zhuān)利名稱：一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件整體改性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體改性的裝置，屬于膜分離技術(shù)和等離子體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)是利用膜對(duì)混合物中各組分的選擇性能來(lái)分離、提純和濃縮目的產(chǎn)物的新型分離技術(shù)。由于具有能耗低、分離效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作控制方便以及不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、輕工、食品、紡織、電子、冶金等領(lǐng)域。所謂膜組件是將一定面積的膜元件以某種形式組裝成的膜分離器件，是工程應(yīng)用當(dāng)中安裝膜的基本單元。膜按其形狀有平板膜和管狀膜兩類(lèi)，其中，管狀膜有中空纖維膜、管膜、毛細(xì)管膜。膜組件可分為板框構(gòu)型、卷式構(gòu)型和管式構(gòu)型三種。板框式和卷式膜組件均使用平板膜，管式構(gòu)型組件可以使用中空纖維膜、管膜或毛細(xì)管膜，相應(yīng)的膜組件分別稱為中空纖維膜組件、管式膜組件和毛細(xì)管膜組件。隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，單一的膜材料已不能滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)不同截留分子量、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和耐污染等綜合性能以及一些特定分離性能的需要，而開(kāi)發(fā)新型材料以制備不同性能的膜需耗費(fèi)大量的精力和財(cái)力，因此，對(duì)高分子膜材料，通常采用膜表面改性的方法，在膜基體材料上引入特定的基團(tuán)或聚合物支鏈，以改善膜的分離性能或使膜表面功能化。等離子體表面改性的原理是非聚合性氣體在等離子體反應(yīng)器中被等離子體激發(fā)， 生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子，這些活性粒子轟擊膜材料表面，產(chǎn)生表面自由基或形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可在膜表面引入特定官能團(tuán)，甚至進(jìn)一步通過(guò)與有機(jī)單體反應(yīng)、聚合接枝，在膜表面形成新的聚合物支鏈。等離子體接枝由于具有可選擇單體范圍廣、僅對(duì)表面改性、引入接枝層薄而均勻等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。遠(yuǎn)程等離子體是上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的利用等離子體處理的新技術(shù)。與傳統(tǒng)等離子體處理不同，樣品不是放置于放電區(qū)，而是離開(kāi)放電區(qū)一段距離，由于等離子體中的自由基具有比電子和離子更長(zhǎng)的壽命，因此，在遠(yuǎn)離放電區(qū)的位置，自由基的濃度較高，而電子、 離子的濃度較低，從而減少了由于電子、離子等高能活性粒子對(duì)試樣的轟擊而引起的損傷， 有利于控制目的性反應(yīng)，特別是強(qiáng)化自由基引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)陳杰瑢所申請(qǐng)的實(shí)用新型專(zhuān)利(CN101530777A)公開(kāi)了一種等離子化學(xué)反應(yīng)裝置，包括真空泵、放電反應(yīng)管、纏繞在放電反應(yīng)管的進(jìn)口管段上的電感線圈、射頻電源和儲(chǔ)氣罐。其特征在于，還包括作為遠(yuǎn)程區(qū)的自由基反應(yīng)室，其出口與真空泵連通，進(jìn)口與放電反應(yīng)管的出口連通。放電反應(yīng)管靠進(jìn)口段為放電區(qū)，靠出口段為擴(kuò)散區(qū)。 放電反應(yīng)管和自由基反應(yīng)室為一個(gè)整體管段。采用該套裝置，該小組成員利用氬、氮等遠(yuǎn)程等離子體對(duì)聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)以及活性炭纖維等材料成功進(jìn)行了改性。不過(guò)，目前的遠(yuǎn)程等離子體技術(shù)只限于對(duì)放置于放電反應(yīng)管內(nèi)的膜個(gè)體(包括中空纖維膜、管膜、毛細(xì)管膜和平板膜)進(jìn)行表面改性，無(wú)法對(duì)由多/單根膜組裝構(gòu)成的中空纖維膜組件、管式膜組件或毛細(xì)管膜組件進(jìn)行規(guī)模修飾，也無(wú)法對(duì)由多/單片平板膜組裝構(gòu)成的板框式膜組件進(jìn)行規(guī)模修飾。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有遠(yuǎn)程等離子體表面改性裝置無(wú)法對(duì)多張平板膜或管狀膜組成的整個(gè)膜組件進(jìn)行規(guī)模修飾的缺點(diǎn)，而提供一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體改性的裝置。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，包括真空泵、放電管、儲(chǔ)氣罐、纏繞在放電管上的電感線圈、與電感線圈連接的射頻電路，放電管的進(jìn)氣孔通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)與儲(chǔ)氣罐管路連接，放電管的進(jìn)氣孔設(shè)置有真空計(jì)；還包括膜組件，放電管的出氣孔通過(guò)三通控制閥分別與膜組件進(jìn)氣一側(cè)的軸向進(jìn)氣/液孔和側(cè)向進(jìn)氣/液孔管路相連，膜組件出氣一側(cè)的軸向出氣/液孔和側(cè)向出氣/液孔同時(shí)通過(guò)三通控制閥與真空泵管路相連。其中，所述的真空計(jì)也可設(shè)置在放電管和膜組件之間的管路上。所述的放電管與膜組件之間的距離為0 40cm。所述的膜組件為中空纖維膜組件、管狀膜組件、毛細(xì)管膜組件、平板膜組件。所述的膜組件中的膜為高分子膜、表面復(fù)合有高分子膜材料的管狀無(wú)機(jī)膜。所述的儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為空氣、CO2、氮?dú)?、氨氣、氬氣、氧氣、氫氣、水蒸氣。采用本?shí)用新型的裝置對(duì)各種膜組件進(jìn)行等離子體表面改性的方法，具體方法為將儲(chǔ)氣罐中的非聚合性氣體在放電管中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、 自由基等多種活性粒子，通過(guò)真空泵的抽吸作用使放電管中的活性粒子流過(guò)膜組件；根據(jù)膜組件的種類(lèi)和膜需要改性的部位，調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥控制活性粒子在膜組件中的流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)膜組件的等離子體表面改性；活性粒子在不同膜組件中的流動(dòng)具體方向?yàn)閷?duì)中空纖維膜組件、管狀膜組件、毛細(xì)管膜組件的膜內(nèi)表面進(jìn)行改性時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥，控制活性粒子流從膜組件的軸向進(jìn)氣/液孔(即管程入口)進(jìn)，經(jīng)過(guò)膜組件后從軸向出氣/液孔(即管程出口)出；對(duì)中空纖維膜組件、管狀膜組件、毛細(xì)管膜組件的膜外表面進(jìn)行改性時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥，控制活性粒子流從膜組件的側(cè)向進(jìn)氣/液孔(即殼程入口)進(jìn)，經(jīng)過(guò)膜組件后從側(cè)向出氣/液孔(即殼程出口)出；對(duì)中空纖維膜組件、管狀膜組件、毛細(xì)管膜組件的膜內(nèi)表面、外表面及膜孔同時(shí)進(jìn)行改性時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥，控制活性粒子流從膜組件的軸向進(jìn)氣/液孔(即管程入口)進(jìn)，經(jīng)過(guò)膜組件后從側(cè)向出氣/液孔(即殼程出口)出；對(duì)平板膜組件的一面進(jìn)行改性時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥，控制活性粒子流從膜組件的側(cè)向進(jìn)氣/液孔進(jìn)，經(jīng)過(guò)膜組件后從側(cè)向出氣/液孔出；對(duì)平板膜組件的上表面及膜孔同時(shí)進(jìn)行改性時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)三通控制閥，控制活性粒子流從膜組件的側(cè)向進(jìn)氣/液孔進(jìn)，經(jīng)過(guò)膜組件后從軸向出氣/液孔出。其中，活性粒子在放電管中的放電時(shí)間與真空泵抽吸時(shí)間相同，均為5 1200s， 優(yōu)選為10 300s ；放電管中的射頻功率10 1000W，優(yōu)選為40 300W ；膜組件的進(jìn)氣氣壓為0. 5 lOOPa，優(yōu)選為2 501^。有益效果本實(shí)用新型對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)最大的優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)膜組件在整體規(guī)模上進(jìn)行修飾，突破了現(xiàn)有技術(shù)只能對(duì)單張平板膜或者單根管式膜進(jìn)行修飾的局限，從而大大提高了效率。(2)現(xiàn)有的技術(shù)一次只能針對(duì)平板膜的表面或管狀膜的外表面進(jìn)行修飾，而本實(shí)用新型可對(duì)膜的內(nèi)、外表面及孔壁進(jìn)行有針對(duì)性的整體改性，特別是還可以以膜組件整體對(duì)管狀膜的內(nèi)表面、孔壁以及平板膜的孔壁進(jìn)行修飾，而眾所周知的是，孔壁的比表面積比膜的外表面積要大得多。(3)由于等離子體中的自由基具有比電子和離子更長(zhǎng)的壽命，因此，通過(guò)將等離子體引出放電管，可利用高濃度、長(zhǎng)壽命的自由基對(duì)膜組件內(nèi)的膜表面進(jìn)行修飾，可減少由于電子、離子等高能活性粒子對(duì)試樣的轟擊而引起的損傷，有利于控制目的性反應(yīng)，特別是強(qiáng)化自由基引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。

圖1對(duì)本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體改性的裝置圖；其中，1-儲(chǔ)氣罐；2-減壓閥；3-流量控制器；4-放電管；5-電感線圈；6_射頻匹配器；7-射頻電源；8-真空計(jì)；9-三通控制閥A ;10_膜組件；11-三通控制閥B ；12-真空泵； 101-軸向進(jìn)氣/液孔；102-側(cè)向進(jìn)氣/液孔；103-側(cè)向出氣/液孔；104-軸向出氣/液孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，如圖1所示，包括真空泵12、膜組件10、放電管4、儲(chǔ)氣罐1、纏繞在放電管上的電感線圈5、與電感線圈連接的射頻匹配器6和射頻電源7，放電管4的進(jìn)氣孔通過(guò)減壓閥2和流量控制器3與儲(chǔ)氣罐1連接，放電管4和膜組件10之間的管路上設(shè)置有真空計(jì)8 ；放電管4的出氣孔通過(guò)三通控制閥9分別與膜組件進(jìn)氣一側(cè)的軸向進(jìn)氣/液孔101和側(cè)向進(jìn)氣/液孔102管路相連，膜組件出氣一側(cè)的軸向出氣/液孔104和側(cè)向出氣/液孔103同時(shí)通過(guò)三通控制閥11 與真空泵12管路相連。采用該裝置對(duì)聚四氟乙烯材料的中空纖維膜組件進(jìn)行內(nèi)表面改性調(diào)節(jié)三通控制閥A9，使放電管4的出氣孔向膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101開(kāi)啟，放電管4的出氣孔向膜組件10的側(cè)向進(jìn)氣/液孔102關(guān)閉；調(diào)節(jié)三通控制閥B11，使膜組件10的軸向出氣/液孔104向真空泵12開(kāi)啟，膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103向真空泵12關(guān)閉；儲(chǔ)氣罐1中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為氬氣；通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵12和放電管4前端的流量控制器3，使放電管4出口處的氣壓保持在20 ；非聚合性氣體在放電管4中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性離子，射頻功率80W ；在真空泵的抽吸作用下，這些活性粒子從膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101流入，從膜組件10的軸向出氣/液孔 104流出，放電時(shí)間為2min，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中空纖維膜組件的內(nèi)側(cè)表面的改性。實(shí)施例2本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，采用該裝置對(duì)聚偏氟乙烯材料的中空纖維膜組件進(jìn)行外表面改性調(diào)節(jié)三通控制閥A9，使放電管4的出氣孔向膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101關(guān)閉，放電管4的出氣孔向膜組件10的側(cè)向通氣/液孔102開(kāi)啟；調(diào)節(jié)三通控制閥B11，使膜組件10的軸向出氣/液孔104向真空泵12關(guān)閉，膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103向真空泵12開(kāi)啟；儲(chǔ)氣罐1中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為氮?dú)?；通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵 12和放電管4前端的流量控制器3，使放電管4出口處的氣壓保持在15 ；非聚合性氣體在放電管4中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性離子，射頻功率 70W ；在真空泵的抽吸作用下，這些活性粒子從膜組件10的側(cè)向進(jìn)氣/液孔102流入，從膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103流出，放電時(shí)間為％iin，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中空纖維膜組件的外表面的改性。實(shí)施例3本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，采用該裝置對(duì)聚丙烯材料的中空纖維膜組件整體同時(shí)進(jìn)行內(nèi)、外表面及膜孔改性調(diào)節(jié)三通控制閥A9，使放電管4的出氣孔向膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101開(kāi)啟，放電管4 的出氣孔向膜組件10的側(cè)向進(jìn)氣/液孔102關(guān)閉；調(diào)節(jié)三通控制閥B11，使膜組件10的軸向出氣/液孔104向真空泵12關(guān)閉，膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103向真空泵12開(kāi)啟； 儲(chǔ)氣罐1中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為氨氣；通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵12和放電管 4前端的流量控制器3，使放電管4出口處的氣壓保持在25 ；非聚合性氣體在放電管4中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性離子，射頻功率85W ；在真空泵的抽吸作用下，這些活性粒子從膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101流入，從膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103流出，放電時(shí)間為3min，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中空纖維膜組件的內(nèi)表面、外表面及膜孔同時(shí)改性。實(shí)施例4本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，采用該裝置對(duì)2張水平放置的聚乙烯材料的板框式膜組件進(jìn)行上表面改性調(diào)節(jié)三通控制閥A9，使放電管4的出氣孔向膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101關(guān)閉，放電管4的出氣孔向膜組件10的側(cè)向進(jìn)液/氣孔102開(kāi)啟；調(diào)節(jié)三通控制閥B11，使膜組件10的軸向出氣 /液孔104向真空泵12關(guān)閉，膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103向真空泵12開(kāi)啟；儲(chǔ)氣罐1 中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為(X)2 ；通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵12和放電管4前端的流量調(diào)節(jié)閥，使放電管4出口處的氣壓保持在30 ；非聚合性氣體在放電管4中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性離子，射頻功率50W ；在真空泵的抽吸作用下，這些活性粒子從膜組件10的側(cè)向進(jìn)液/氣孔102流入，從膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103流出，放電時(shí)間為3min，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板框式膜組件的上表面的改性。[0044]實(shí)施例5本實(shí)用新型的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，采用該裝置對(duì)4張水平放置的聚乙烯材料的板框式膜組件同時(shí)進(jìn)行膜上表面和膜孔改性調(diào)節(jié)三通控制閥A9，使放電管4的出氣孔向膜組件10的側(cè)向進(jìn)氣/液孔102開(kāi)啟， 放電管4的出氣孔向膜組件10的軸向進(jìn)氣/液孔101關(guān)閉；調(diào)節(jié)三通控制閥B11，使膜組件10的軸向出氣/液孔104向真空泵12開(kāi)啟，膜組件10的側(cè)向出氣/液孔103向真空泵 12關(guān)閉；儲(chǔ)氣罐1中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為空氣；通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵12 和放電管4前端的流量調(diào)節(jié)閥，使放電管4出口處的氣壓保持在20 ；非聚合性氣體在放電管4中被等離子體激發(fā)，生成離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性離子，射頻功率75W ； 在真空泵的抽吸作用下，這些活性粒子從膜組件10的側(cè)向進(jìn)氣/液孔102流入，從膜組件 10的軸向出氣/液孔104流出，放電時(shí)間為％!in，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板框式膜組件內(nèi)表面及膜孔的同時(shí)改性。
權(quán)利要求1.一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，包括真空泵、放電管、儲(chǔ)氣罐、纏繞在放電管上的電感線圈、與電感線圈連接的射頻電路，放電管的進(jìn)氣孔通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)與儲(chǔ)氣罐管路連接，放電管的進(jìn)氣孔設(shè)置有真空計(jì)；其特征在于還包括膜組件，放電管的出氣孔通過(guò)三通控制閥分別與膜組件進(jìn)氣一側(cè)的軸向進(jìn)氣/液孔和側(cè)向進(jìn)氣/液孔管路相連，膜組件出氣一側(cè)的軸向出氣/液孔和側(cè)向出氣/液孔同時(shí)通過(guò)三通控制閥與真空泵管路相連；其中，所述的放電管與膜組件之間的管路距離為O 40cm ；所述的膜組件為中空纖維膜組件、管狀膜組件、毛細(xì)管膜組件、平板膜組件；所述的儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存的用于產(chǎn)生等離子體的非聚合性氣體為空氣、CO2、氮?dú)?、氨氣、氬氣、氧氣、氫氣、水蒸氣?br> 2.如權(quán)利要求1所述的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，其特征在于所述的膜組件中的膜為高分子膜、表面復(fù)合有高分子膜材料的管狀無(wú)機(jī)膜。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體修飾的裝置，其特征在于所述的放電管進(jìn)氣孔設(shè)置的真空計(jì)也可設(shè)置在放電管和膜組件之間的管路上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用遠(yuǎn)程等離子體對(duì)膜組件進(jìn)行整體改性的裝置及方法，屬于膜分離及等離子體領(lǐng)域。本實(shí)用新型的裝置，包括真空泵、放電管、儲(chǔ)氣罐、膜組件，放電管的進(jìn)氣孔通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)與儲(chǔ)氣罐管路連接，放電管的進(jìn)氣孔設(shè)置有真空計(jì)；放電管的出氣孔通過(guò)三通控制閥分別與膜組件進(jìn)氣一側(cè)的軸向進(jìn)氣/液孔和側(cè)向進(jìn)氣/液孔管路相連，膜組件出氣一側(cè)的軸向出氣/液孔和側(cè)向出氣/液孔同時(shí)通過(guò)三通控制閥與真空泵管路相連。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的對(duì)多張平板膜或管狀膜組成的整個(gè)膜組件進(jìn)行規(guī)模修飾，從而大大提高了效率；并且可對(duì)膜的內(nèi)、外表面及孔壁進(jìn)行有針對(duì)性的整體改性。
文檔編號(hào)B01D63/00GK202028342SQ20112007336
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者劉文芳, 趙之平 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)