專利名稱：同步外壓管式膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分離膜制造領(lǐng)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(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(fù)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(xì)管式和管式。如美國專利(7517421 B2)所述，中空纖維膜、毛細(xì)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(shù)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(jī)械強(qiáng)度加強(qiáng)毛細(xì)管膜強(qiáng)度的外壓毛細(xì)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(dāng)編織管加強(qiáng)膜應(yīng)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(qiáng)膜硬度不夠，易發(fā)生側(cè)倒而互相纏繞，造成固體物質(zhì)在纏繞處的堆積。已知技術(shù)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(jié)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(yù)先制支撐管，工藝過程較復(fù)雜，制造成本高。已知技術(shù)中有內(nèi)壓管式膜制造方法在垂直放置的支撐管內(nèi)通過涂敷錘滑動涂敷制膜液，然后再進(jìn)入凝膠液中凝膠成膜。這一方法是間歇式的，生產(chǎn)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(nèi)壁涂敷的內(nèi)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(shù)方案。這一技術(shù)方案在制成的支撐管內(nèi)表面涂敷膜工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低。為了提高內(nèi)壓膜生產(chǎn)效率，美國專利7，517，421揭示了用條狀支撐網(wǎng)布通過纏繞焊接制備內(nèi)壓管式膜的方法。然而內(nèi)壓管式膜在應(yīng)用中需要通過大量回流以保證膜管內(nèi)液體流速，因此耗能較高，應(yīng)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(shù)方案，與已知技術(shù)簾式或柱式毛細(xì)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(zhì)在管式膜周圍纏繞問題，由于管式膜強(qiáng)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(xì)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(zhì)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(shù)方案有望從根本上解決MBR目前的技術(shù)問題。雖然外壓管式膜具有以上優(yōu)勢，但是在已知技術(shù)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(shù)。本發(fā)明揭示的是同步外壓管式膜的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決已知技術(shù)中編織管加強(qiáng)毛細(xì)管膜的膜易脫落和硬度較低的技術(shù)問題，內(nèi)壓管式膜在應(yīng)用中需要通過大量回流以保證膜管內(nèi)液體流速，因此耗能較高的技術(shù)問題，揭示一種將條狀支撐網(wǎng)布經(jīng)纏繞粘接或焊接，同步涂敷制造外壓管式膜的方法。為了達(dá)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)合部，至少一個支撐管驅(qū)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(nèi)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(shù)中編織管加強(qiáng)的毛細(xì)管膜，由于支撐網(wǎng)布可以有多種選擇，分離層與支撐網(wǎng)布的結(jié)合比與編織管結(jié)合更牢固，因而不易脫落；由于纏繞并粘接/焊接后管式膜機(jī)械強(qiáng)度比編織管加強(qiáng)膜更好，因此當(dāng)一端獨立密閉時不易側(cè)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(yīng)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(wǎng)布，2.中心軸，3.結(jié)合部，4.纏繞角，5.超聲波焊接頭，
6.支撐管驅(qū)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)合部(3)，通過至少一個支撐管驅(qū)動輪(6)驅(qū)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(nèi)部支撐層(22)和表面分離層(21)。所述支撐管驅(qū)動輪(6)在中心軸軸向和切向雙向斜置，使之轉(zhuǎn)動時帶動所述支撐管(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉(zhuǎn)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(wǎng)布(I)內(nèi)同時纏繞并粘接或焊接另一支撐層，以增強(qiáng)毛細(xì)管膜或管式膜的機(jī)械強(qiáng)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(jié)合。所述條狀支撐網(wǎng)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(guān)。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(wǎng)布(I)寬度有關(guān)。所述結(jié)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(shù)中用于制備中空纖維膜、毛細(xì)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(shù)中用于制備中空纖維膜、毛細(xì)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(quán)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)合部(3)，通過至少一個支撐管驅(qū)動輪(6)驅(qū)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(nèi)部支撐層(22)和表面分離層(21)。
2.根據(jù)權(quán)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(qū)動輪(6)在中心軸軸向和切向雙向斜置，使之轉(zhuǎn)動時帶動所述支撐管(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)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(wǎng)布(I)內(nèi)同時纏繞并粘接或焊接另一支撐層，以增強(qiáng)毛細(xì)管膜或管式膜的機(jī)械強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)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(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)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(wǎng)布(I)寬度為 5. 0_20mm。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jié)合部(3)寬度為 O. 5-3. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(shù)中用于制備中空纖維膜、毛細(xì)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(jù)權(quán)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(shù)中用于制備中空纖維膜、毛細(xì)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(jù)權(quán)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(lǐng)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(lǐng)域。本發(fā)明同步外壓管式膜制備方法將條狀支撐網(wǎng)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(wǎng)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(qū)動輪，驅(qū)動支撐管平移并轉(zhuǎn)動，同步在支撐管上涂敷鑄膜液，經(jīng)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(jié)合比與編織管紡織纖維的結(jié)合更牢固，因而不易脫落；外壓管式膜機(jī)械強(qiáng)度比編織管加強(qiáng)膜更好，因此不易側(cè)倒和互相纏繞；制膜效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)；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(yīng)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(quán)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(shù)有限公司