專利名稱：一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置和方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)因其低能耗、高效率、分離過程無二次污染，且分離設(shè)備性能不受處理量大小的影響等特點，現(xiàn)已在工業(yè)、食品行業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。最早發(fā)展起來的分離膜多為有機材料，因其柔韌性、成膜性和選擇性好，制膜材料豐富等優(yōu)勢，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。但有機膜機械強度、化學穩(wěn)定性、耐熱性和抗溶脹性相比無機膜要差，在一些復(fù)雜苛刻的分離體系應(yīng)用中受到了限制。無機膜具有機械強度高，穩(wěn)定性好，耐化學和生物侵蝕，使用壽命長等特點。無機膜多為氧化鋁、氧化鋯或二氧化硅等無機粒子緊密堆積而成，分離層具有較大的孔徑，因而不能用作分離小分子、染料分子以及有機物脫水等分離 過程。近年來，在無機膜表層復(fù)合致密的有機分離層，制備出無物理孔的致密的有機無機復(fù)合膜，則可以彌補這些缺陷?，F(xiàn)有的制備方法包括共混法、涂覆法、表面聚合法、等離子體嫁接聚合技術(shù)和層-層吸附法等。層-層吸附法利用帶相反電荷聚電解質(zhì)之間的靜電作用，可在液-固界面交替沉積形成多層膜，且具有制膜材料豐富、操作簡單、膜厚度納米級可控等優(yōu)點，因而被認為是構(gòu)筑復(fù)合超薄膜結(jié)構(gòu)的有效方法。但采用傳統(tǒng)的浸潰式層-層吸附法制備復(fù)合膜，通常需要幾個甚至十幾個小時，且制膜程序繁瑣，不利于規(guī)模化生產(chǎn)的需要。前期，我們已成功在平板式基膜上成功的進行噴涂組裝多層復(fù)合膜(中國專利申請?zhí)?01110439682. 2)，大大縮短了成膜時間。但如何實現(xiàn)在3-D (三維結(jié)構(gòu))多孔支撐體上噴涂組裝，并保證其均勻和可重復(fù)性仍是一個難題，至今無相關(guān)工作報導(dǎo)。本發(fā)明的特點在于，通過將3-D管式支撐體固載到轉(zhuǎn)速可調(diào)控的載膜器上，同時在噴涂組裝過程中同步進行紅外和吹風等烘干步驟，可快速將有機活性層復(fù)合到3-D管式無機多孔支撐體上，制成有機無機復(fù)合膜。所得復(fù)合膜活性層厚度大大減小，降低組分的滲透阻力，同時交聯(lián)過程可增強復(fù)合膜的機械強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置和方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在三維管式支撐體上噴涂組裝多層分離膜，有效的簡化層層吸附自組裝成膜的制膜程序，縮短成膜時間。一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，空氣壓縮機25連接過濾減壓閥24，過濾減壓閥24接通四通閥23的一個接口，四通閥23的另外三個接口分別通過輸氣管路26與壓力桶A8、壓力桶B9和壓力桶ClO相連接，組成三路輸出；第一路輸出通過輸氣管路連接至盛放聚陰離子溶液的壓力桶A20，壓力桶A20通過輸液管路27連接至霧化噴嘴A8，壓力桶A20還連接有連接至霧化噴嘴A8的輸氣管路26，從壓力桶A20至霧化噴嘴AS的輸氣管路上還依次連接有電磁閥A17，三通閥A14和減壓閥All ;三通閥A14的主輸氣口連接至霧化噴嘴A8的噴霧接口，三通閥A14的副輸氣口與減壓閥All和霧化噴嘴AS的氣動開關(guān)連接；第二路輸出通過輸氣管路連接至盛放去離子水的壓力桶B21，壓力桶B21通過輸液管27連接至霧化噴嘴B9，壓力桶B21還連接有連接至霧化噴嘴B9的輸氣管路26，從壓力桶B21至霧化噴嘴B9的輸氣管路上還依次連接有電磁閥B18，三通閥B15和減壓閥B12 ；三通閥B15的主輸氣口連接至霧化噴嘴B9的噴霧接口，三通閥B 15的副輸氣口與減壓閥B12和霧化噴嘴B9的氣動開關(guān)連接；第三路輸出通過輸氣管路連接至盛放聚陽離子溶液的壓力桶C22，壓力桶C22通過輸液管27連接至霧化噴嘴C10，壓力桶C22還連接有連接至霧化噴嘴ClO的輸氣管路26，從壓力桶C22至霧化噴嘴ClO的輸氣管路26上還依次連接有電磁閥C19，三通閥C16和減壓閥C13 ;三通閥C16的主輸氣口連接至霧化噴嘴ClO的噴霧接口，三通閥C16的副輸氣口
與減壓閥ClO和霧化噴嘴ClO的氣動開關(guān)連接；霧化噴嘴A8、霧化噴嘴B9、霧化噴嘴ClO的出射口均正對載膜器7所固載的管式無機膜6 ；電磁閥A17、電磁閥B18、電磁閥C19和紅外燈29連接至PLC控制器30，PLC控制器30調(diào)控紅外燈29的開閉，三個電磁閥17，18，19的開通時間、等待時間、開通順序和循環(huán)次數(shù)，并設(shè)定為自動運行；所述的載膜器由可調(diào)低速電機I、聯(lián)軸器2、固定擋板3、箍管套4和固定軸5組成；可調(diào)低速電機I與固定軸5的中心軸通過聯(lián)軸器2連接；可調(diào)低速電機I上連接有調(diào)速器28 ;箍管套4 一端固定在固定軸5上，另一端用于固定管式基膜6。所述的可調(diào)低速電機I的轉(zhuǎn)速為6 120rpm。所述的空氣壓縮機25提供O. 3MPa以上的壓力。所述輸氣管路26和輸液管路27為耐高壓軟管或?qū)Ч?。一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，其包括以下步驟(a)將聚陽離子、聚陰離子聚電解質(zhì)分別溶解在溶劑中，經(jīng)攪拌、超聲脫泡，配成制膜液；(b)將處理后的管式基膜固定在載膜器7上，同時在6 120rpm調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速；(C)將聚陰離子溶液置于壓力桶A20、去離子水置于壓力桶B21、聚陽離子溶液置于壓力桶C22內(nèi)；(d)啟動空氣壓縮機，調(diào)節(jié)過濾減壓閥，保持輸出壓力恒定，同時開啟紅外燈29，設(shè)定并啟動運行程序；(e )在O. 2 O. 4MPa壓力下，將聚陰離子制膜液噴涂至管式基膜外表面，在基膜表面形成聚陰離子薄膜層。所述的多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，在上述步驟后，再進一步按照下列步驟繼續(xù)組裝(f)在O. 2 O. 4MPa壓力下，將去離子水噴涂至管式薄膜表面，對聚陰離子薄膜層進行淋洗；(g)在O. 2 O. 4MPa壓力下，將聚陽離子制膜液噴涂至薄膜表面，使聚陽離子與聚陰離子發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合膜；
(h)在O. 2 O. 4MPa噴涂壓力下，將去離子水噴涂至薄膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗。所述的多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，在上述步驟后，再進一步按照下列步驟繼續(xù)組裝(i)重復(fù)(e) (h)步驟，或重復(fù)(e)、(g)步驟，在基膜表面形成多層復(fù)合分離膜。(j)噴涂完畢后，將復(fù)合膜從載膜器上取下。(k)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在7(T200°C范圍內(nèi)加熱交聯(lián)O. 5 12h。
上述的噴涂組裝過程可首先設(shè)定好噴涂程序，通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動運行。在本發(fā)明中，所述的浸潰式層層吸附法，是指將基膜進行荷電處理后，浸入聚陽(陰)離子聚電解質(zhì)溶液中，然后在去離子水中浸泡、洗滌，再浸入聚陰(陽)離子聚電解質(zhì)溶液中，反復(fù)多次后可形成多層復(fù)合分離層。所述的溶劑為水、甲醇、乙醇或正庚烷。所述的支撐體為管式微濾膜、超濾膜或納濾膜，所述基膜的膜材料可以是A1203、ZrO2 或 SiO2 等。在本發(fā)明中，管式無機膜的預(yù)處理方法為，先將基膜浸入帶有胺基的硅烷偶聯(lián)劑溶液中進行化學改性，使其表面荷有正電，然后用去離子水對其進行漂洗，最后在120°C下烘干待用。本發(fā)明基于有機無機復(fù)合膜的優(yōu)勢和LbL法成膜的特點，提出了一種更為簡單快捷的制備管式有機無機復(fù)合多層分離膜的自動組裝裝置和方法。其基本原理是在一定壓力下，將聚陰離子制膜液、水、聚陽離子制膜液依次交替噴涂在豎直旋轉(zhuǎn)的管式無機膜外表面，聚陰離子與聚陽離子通過靜電作用在支撐體表面形成具有分離作用的多層復(fù)合分離膜。所得多層復(fù)合膜經(jīng)熱交聯(lián)處理后，聚電解質(zhì)間可形成穩(wěn)定的共價鍵，從而大大提高分離層的穩(wěn)定性和耐溶劑性能。由于此法無需將基膜長時間浸泡、漂洗、烘干，且整個過程可通過邏輯程序?qū)崿F(xiàn)自動控制，從而簡化制膜程序，縮短成膜時間。


圖I、一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置中載膜器7的正面構(gòu)造圖；圖2、一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置圖；圖中1、可調(diào)低速電機,2、聯(lián)軸器,3、固定擋板,4、箍管套,5、固定軸,6、管式基膜，7、載膜器，8、霧化噴嘴A，9、霧化噴嘴B，10、霧化噴嘴C，11、減壓閥A，12、減壓閥B，13、減壓閥C，14、三通閥A，15、三通閥B，16、三通閥C，17、電磁閥A，18、電磁閥B，19、電磁閥C，20、壓力桶A，21、壓力桶B，22、壓力桶C，23、四通閥，24過濾減壓閥，25、空氣壓縮機，26、輸氣管路，27、輸液管路，28、調(diào)速器，29、紅外燈，30、PLC控制器。
具體實施例方式請參見圖I和圖2。首先，通過箍管套4將管式基膜6固定在豎直的固定軸5上。通過調(diào)節(jié)調(diào)速器28來控制可調(diào)低速電機I的轉(zhuǎn)速。將空氣壓縮機25氣體出口通過輸氣管路26與過濾減壓閥24、四通閥23和壓力桶AS、B9、ClO連接，再分別通過三支輸氣管路將所在支路的電磁閥A17、B18、C19，三通閥A14、B15、C16，減壓閥All、B12、C13和霧化噴嘴A8、B9、C10連接，然后在分別將三支輸液管路直接與所在支路的霧化噴嘴連接，從而組成供氣系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)。通過PLC控制器30分別設(shè)定電磁閥17，18，19的開通時間、等待時間、開通順序和循環(huán)次數(shù)，開啟紅外燈29，然后選擇自動運行程序，進而形成整個管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置。實施例I采用基膜材料為氧化鋁(Al2O3),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. 8cm2,所用聚陽尚子材料為聚乙烯亞胺(PEI,分子量為6萬),聚陰尚子為聚丙烯酸(PAA,分子量為400萬)，聚乙烯亞胺和聚丙烯酸的溶劑均為去離子水，交聯(lián)溫度為200°C。預(yù)處理采用的硅烷偶聯(lián)劑為含O. 4wt%的3-氨基-三乙氧基硅烷的乙醇/水溶劑，處理時間為3h。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚乙烯亞胺配成O. 0625wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配 制成聚陽離子溶液；用去離子水將聚丙烯酸配成O. 0125wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；(2)將硅烷偶聯(lián)劑處理后的管式基膜固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為6rpm ；(3)將聚乙烯亞胺溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚丙烯酸溶液置于壓力桶A20內(nèi)；將去離子水置于壓力桶B21內(nèi)；(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 3MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — B18 — C19 — B18”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為10，噴涂時間即電磁閥A17、B18和C19的開啟時間分別為10s、5s和10s，等待時間均為60s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 3MPa的噴涂壓力下，聚丙烯酸溶液噴涂至管式氧化鋁基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待60s后,在O. 3MPa噴涂壓力下,去離子水噴涂至基膜表面,對聚丙烯酸薄膜層進行淋洗；(7)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，聚乙烯亞胺溶液噴涂至基膜表面，聚丙烯酸與聚乙烯亞胺發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合分離膜；(8)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗；(9)重復(fù)(5) (8)步驟，在管式基膜外表面形成10層復(fù)合分離層膜。(10)程序運行完畢后，將氧化鋁復(fù)合膜從載膜器上取下；(11)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在200°C下加熱交聯(lián)O. 5h。將上述組裝的管式氧化鋁復(fù)合膜在滲透汽化膜池中進行滲透汽化性能測試，測試條件為原液組成95wt%乙酸乙酯/水體系，測試溫度65°C，管式復(fù)合膜內(nèi)側(cè)壓力500Pa。測得復(fù)合膜滲透汽化性能為滲透通量399. Og · m_2 · h—1，透過液中乙酸乙酯含量
I.2wt%，分尚因子 1564. 3。實施例2采用基膜材料為氧化鋁(Al2O3),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. 8cm2,所用聚陽離子材料為聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬)，溶劑為去離子水；聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬)，溶劑為O. lmol/L的氯化鈉水溶液，交聯(lián)溫度為70°C。預(yù)處理采用的硅烷偶聯(lián)劑為含O. 4wt%的3-氨基-三乙氧基硅烷的乙醇/水溶劑，處理時間為3h。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚乙烯亞胺配成O. 0625wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陽離子溶液；用O. lmol/L的氯化鈉水溶液將聚丙烯酸配成0.0125wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；(2)將硅烷偶聯(lián)劑處理后的管式基膜固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為60rpm ； (3)將聚乙烯亞胺溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚丙烯酸溶液置于壓力桶A20內(nèi)；將去離子水置于壓力桶B21內(nèi)；(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 3MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — B18 — C19 — B18”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為5，噴涂時間即電磁閥A17、B18和C19的開啟時間分別為10s、5s和10s，等待時間均為60s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 3MPa的噴涂壓力下，聚丙烯酸溶液噴涂至管式氧化鋁基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚丙烯酸薄膜層進行淋洗；(7)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，聚乙烯亞胺溶液噴涂至基膜表面，聚丙烯酸與聚乙烯亞胺發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合分離膜；(8)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗；(9)重復(fù)(5) (8)步驟，在管式基膜外表面形成5層復(fù)合分離層膜。(10)程序運行完畢后，將氧化鋁復(fù)合膜從載膜器上取下；(11)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在70°C下烘干10h。將上述組裝的管式氧化鋁復(fù)合膜在納濾膜池中進行脫除染料性能測試，測試條件為原液為質(zhì)量分數(shù)O. lg/L的甲基藍(M=799. 8)染料液，室溫下測試，管式復(fù)合膜外側(cè)壓力為 O. 6MPa。測得復(fù)合膜對甲基藍的脫除性能為透過液通量50. Ikg · m_2 · h—1，甲基藍脫除率為 86. 3%ο實施例3采用基膜材料為氧化鋯(ZrO2),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. Scm2，所用聚陽尚子材料為聚乙烯亞胺(PEI,分子量為6萬),聚陰尚子為聚丙烯酸(PAA,分子量為400萬),采用鈦前聚體為原位生長二氧化鈦的溶劑,聚離子和鈦前聚體溶劑均為去離子水，交聯(lián)溫度為75°C。預(yù)處理采用的硅烷偶聯(lián)劑為含O. 4wt%的3-氨基-三乙氧基硅烷的乙醇/水溶劑，處理時間為3h。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚乙烯亞胺配成O. 0625wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陽離子溶液；用去離子水將聚丙烯酸配成O. 0125wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；用去離子水將鈦前聚體配制成O. 05%的溶液，并放置于避光容器內(nèi)；(2)將硅烷偶聯(lián)劑處理后的管式基膜固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為120rpm ；(3)將聚乙烯亞胺溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚丙烯酸溶液置于壓力桶A20內(nèi)；將鈦前聚體溶液置于壓力桶B21內(nèi)；(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 3MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — B18 — C19 — B18”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為5，噴涂時間即電磁閥A17、B18和C19的開啟時間分別為10s、10s和10s，等待 時間均為60s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 3MPa的噴涂壓力下，聚丙烯酸溶液噴涂至管式氧化鋯基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，鈦前聚體溶液噴涂至基膜表面，對聚丙烯酸薄膜層進行淋洗；(7)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，聚乙烯亞胺溶液噴涂至基膜表面，形成單層復(fù)合分離膜；(8)等待60s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，鈦前聚體溶液噴涂至基膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗；(9)重復(fù)(5) (8)步驟，在管式基膜外表面形成5層復(fù)合分離層膜。(10)程序運行完畢后，將氧化鋯復(fù)合膜從載膜器上取下；(11)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在75°C下烘干10h。將上述組裝的管式氧化鋯復(fù)合膜在納濾膜池中進行脫除染料性能測試，測試條件為原液為質(zhì)量分數(shù)O. lg/L的酸性品紅(M=585. 6)染料液，室溫下測試，管式復(fù)合膜外側(cè)壓力為 O. 6MPa。測得管式復(fù)合膜對酸性品紅的脫除性能為透過液通量13. Okg · m_2 · h—1，酸性品紅脫除率為99. 6%。實施例4采用基膜材料為氧化鋯(ZrO2),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. Scm2，所用聚陽離子材料為聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬)，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬)，聚離子溶劑均為去離子水，交聯(lián)溫度為75°C。預(yù)處理采用的硅烷偶聯(lián)劑為含
O.4wt%的3-氨基-三乙氧基硅烷的乙醇/水溶劑，處理時間為3h。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚乙烯亞胺配成O. 0625wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陽離子溶液；用去離子水將聚丙烯酸配成O. 0125wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；(2)將硅烷偶聯(lián)劑處理后的管式基膜固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為60rpm ；(3)將聚乙烯亞胺溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚丙烯酸溶液置于壓力桶A20內(nèi)；將去離子水置于壓力桶B21內(nèi)；
(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 4MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — B18 — C19 — B18”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為20，噴涂時間即電磁閥A17、B18和C19的開啟時間分別為10s、5s和10s，等待時間均為60s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 4MPa的噴涂壓力下，聚丙烯酸溶液噴涂至管式氧化鋯基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待60s后，在O. 4MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚丙烯酸薄膜層進行淋洗；(7)等待60s后，在O. 4MPa噴涂壓力下，聚乙烯亞胺溶液噴涂至基膜表面，聚丙烯酸與聚乙烯亞胺發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合分離膜；(8)等待60s后，在O. 4MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗； (9)重復(fù)(5) (8)步驟，在管式基膜外表面形成20層復(fù)合分離層膜。(10)程序運行完畢后，將氧化鋯復(fù)合膜從載膜器上取下；(11)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在75°C下烘干12h。將上述組裝的管式氧化鋯復(fù)合膜在納濾膜池中進行脫除染料性能測試，測試條件為原液為質(zhì)量分數(shù)O. lg/L的甲基橙(M=327. 3)染料液，室溫下測試，管式復(fù)合膜外側(cè)壓力為 O. 6MPa。測得復(fù)合膜對甲基橙的脫除性能為透過液通量4. 9kg · m_2 · 1Γ1，甲基橙脫除率為 94. 6%ο實施例5采用基膜材料為氧化鋁(Al2O3),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. 8cm2,所用聚陽離子材料為聚二甲基二丙稀氯化銨(PDDA，分子量為10萬)，聚陰離子為聚苯乙烯磺酸鈉(PSS,分子量為100萬),聚尚子溶劑均為去尚子水,交聯(lián)溫度為70°C。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚二甲基二丙稀氯化銨配成O. 25wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超 聲脫泡配制成聚陽離子溶液；用去離子水將聚苯乙烯磺酸鈉配成O. 25wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；(2)將管式基膜直接固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為60rpm ；(3)將聚二甲基二丙稀氯化銨溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚苯乙烯磺酸鈉溶液置于壓力桶A20內(nèi)；將去離子水置于壓力桶B21內(nèi)；(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 2MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — B18 — C19 — B18”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為5，噴涂時間即電磁閥A17、B18和C19的開啟時間分別為10s、5s和10s，等待時間均為60s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 2MPa的噴涂壓力下，聚苯乙烯磺酸鈉溶液噴涂至管式氧化鋁基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待60s后，在O. 2MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚苯乙烯磺 酸鈉薄膜層進行淋洗；
(7 )等待60s后，在O. 2MPa噴涂壓力下，聚二甲基二丙稀氯化銨溶液噴涂至基膜表面，聚二甲基二丙稀氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合分離膜；(8)等待60s后，在O. 2MPa噴涂壓力下，去離子水噴涂至基膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗；(9)重復(fù)(5) (8)步驟，在管式基膜外表面形成5層復(fù)合分離層膜。(10)程序運行完畢后，將氧化鋁復(fù)合膜從載膜器上取下；(11)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在70°C下烘干12h。將上述組裝的管式氧化鋁復(fù)合膜在納濾膜池中進行脫除染料性能測試，測試條件為原液為質(zhì)量分數(shù)O. lg/L的甲基藍(M=799. 8)染料液，室溫下測試，管式復(fù)合膜外側(cè)壓力 為 O. 6MPa。測得復(fù)合膜對甲基藍的脫除性能為透過液通量48. 5kg · m_2 · h—1，甲基藍脫除率為 93. 8%ο實施例6采用基膜材料為氧化鋁(Al2O3),形式為管式超濾膜，膜外表面面積為36. 8cm2,所用聚陽離子材料為聚二甲基二丙稀氯化銨(PDDA，分子量為10萬)，聚陰離子為聚苯乙烯磺酸鈉(PSS,分子量為100萬),聚尚子溶劑均為去尚子水,交聯(lián)溫度為70°C。組裝條件及方法(I)用去離子水將聚二甲基二丙稀氯化銨配成O. 25wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陽離子溶液；用去離子水將聚苯乙烯磺酸鈉配成O. 25wt%的溶液2000ml，經(jīng)攪拌、超聲脫泡配制成聚陰離子溶液；(2)將管式基膜直接固定到載膜器上，同時調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速為60rpm ；(3)將聚二甲基二丙稀氯化銨溶液置于壓力桶C22內(nèi)；將聚苯乙烯磺酸鈉溶液置于壓力桶A20內(nèi)；(4)啟動空氣壓縮機25，調(diào)節(jié)過濾減壓閥24壓力至O. 3MPa ;通過控制器30設(shè)定電磁閥開通順序為“A17 — C19”并記做一個循環(huán)，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為20，噴涂時間即電磁閥A17和C19的開啟時間均為10s，等待時間均為30s ;開啟紅外燈，同時啟動自動運行程序；(5)在O. 3MPa的噴涂壓力下，聚苯乙烯磺酸鈉溶液噴涂至管式氧化鋁基膜外表面，并在其表面形成聚陰離子薄膜層；(6)等待30s后，在O. 3MPa噴涂壓力下，聚二甲基二丙稀氯化銨溶液噴涂至基膜表面，聚二甲基二丙稀氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合分離膜；(7)重復(fù)(5)、(6)步驟，在管式基膜外表面形成20層復(fù)合分離層膜。(8)程序運行完畢后，將氧化鋁復(fù)合膜從載膜器上取下；(9)將制備好的管式有機無機復(fù)合膜在70°C下烘干12h。將上述組裝的管式氧化鋁復(fù)合膜在滲透汽化膜池中進行滲透汽化性能測試，測試條件為原液組成95wt%乙醇/水體系，測試溫度65°C，管式復(fù)合膜內(nèi)側(cè)壓力500Pa。測得復(fù)合膜滲透汽化性能為滲透通量293. 4g · m_2 · h'透過液中乙醇含量24wt%,分尚因子60. 2。
權(quán)利要求
1.一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，其特征在于空氣壓縮機(25)連接過濾減壓閥(24)，過濾減壓閥(24)接通四通閥(23)的一個接口，四通閥(23)的另外三個接口分別通過輸氣管路(26)與壓力桶A (20)、壓力桶B (21)和壓力桶C (22)相連接，組成三路輸出； 第一路輸出通過輸氣管路連接至盛放聚陰離子的壓力桶A (20)，壓力桶A (20)通過輸液管路(27)連接至霧化噴嘴A (8)，壓力桶A (20)還連接有連接至霧化噴嘴A (8)的輸氣管路(26)，從壓力桶A (20)至霧化噴嘴A (8)的輸氣管路上還依次連接有電磁閥A (17)，三通閥A (14)和減壓閥A (11);三通閥A (14)的主輸氣口連接至霧化噴嘴A (8)的噴霧接口，三通閥A (14)的副輸氣口與減壓閥A (11)和霧化噴嘴A (8)的氣動開關(guān)連接； 第二路輸出通過輸氣管路連接至盛放去離子水的壓力桶B (21)，壓力桶B (21)通過輸液管(27)連接至霧化噴嘴B (9)，壓力桶B (21)還連接有連接至霧化噴嘴B (9)的輸氣管路(26)，從壓力桶B (21)至霧化噴嘴B (9)的輸氣管路上還依次連接有電磁閥B (18)，三通閥B (15)和減壓閥B (12);三通閥B (15)的主輸氣口連接至霧化噴嘴B (9)的噴霧接口，三通閥B (15)的副輸氣口與減壓閥B (12)和霧化噴嘴B (9)的氣動開關(guān)連接； 第三路輸出通過輸氣管路連接至盛放聚陽離子溶液的壓力桶C (22)，壓力桶C (22)通過輸液管(27)連接至霧化噴嘴C (10)，壓力桶C (22)還連接有連接至霧化噴嘴C (10)的輸氣管路(26)，從壓力桶C (22)至霧化噴嘴C (10)的輸氣管路(26)上還依次連接有電磁閥C (19)，三通閥C (16)和減壓閥C (13);三通閥C (16)的主輸氣口連接至霧化噴嘴C(10)的噴霧接口，三通閥C (16)的副輸氣口與減壓閥C (10)和霧化噴嘴C (10)的氣動開關(guān)連接；霧化噴嘴A (8)、霧化噴嘴B (9)、霧化噴嘴C (10)的出射口均正對載膜器(7)所固載的管式基膜(6); 電磁閥A (17)、電磁閥B (18)、電磁閥C (19)和紅外燈(29)連接至PLC控制器(30)，PLC控制器(30)調(diào)控紅外燈(29)的開閉，電磁閥A (17)、電磁閥B (18)、電磁閥C (19)的開通時間、等待時間、開通順序和循環(huán)次數(shù)，并設(shè)定PLC控制器(30 )為自動運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，其特征在于所述的載膜器包括可調(diào)低速電機(I)、聯(lián)軸器(2)、固定擋板(3)、箍管套(4)和固定軸(5)組成；可調(diào)低速電機(I)與固定軸(5 )的中心軸通過聯(lián)軸器(2 )連接；可調(diào)低速電機(I)上連接有調(diào)速器(28);箍管套(4) 一端固定在固定軸(5)上,另一端用于固定管式基膜(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，其特征在于所述的可調(diào)低速電機(I)的轉(zhuǎn)速為6 120rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，其特征在于所述的空氣壓縮機(25)提供0. 3MPa以上的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置，其特征在于所述輸氣管路(26)和輸液管路(27)為耐高壓軟管或?qū)Ч堋?br> 6.一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，其特征在于其包括以下步驟 Ca)將聚陽離子、聚陰離子分別溶解在溶劑中，經(jīng)攪拌、超聲脫泡，配成制膜液； (b)將處理后的管式基膜固定在載膜器(7)上，同時在6 120rpm調(diào)節(jié)低速電機轉(zhuǎn)速； (c)將聚陽離子溶液置于壓力桶C(22)、去離子水置于壓力桶B (21)、聚陰離子溶液置于壓力桶A (20)內(nèi)；(d)啟動空氣壓縮機，調(diào)節(jié)過濾減壓閥，保持輸出壓力恒定，設(shè)定并啟動運行程序； (e )在0. 2 0. 4MPa壓力下，將聚陰離子制膜液噴涂至管式基膜外表面，在基膜表面形成聚陰離子薄膜層。
(f)在0.2 0.4MPa壓力下，將去離子水噴涂至管式薄膜表面，對聚陰離子薄膜層進行淋洗； (g)在0.2 0.4MPa壓力下，將聚陽離子制膜液噴涂至薄膜表面，使聚陽離子與聚陰離子發(fā)生反應(yīng)，形成單層復(fù)合膜； (h)在0.2 0. 4MPa噴涂壓力下，將去離子水噴涂至薄膜表面，對聚離子薄膜層進行淋洗。
(i)重復(fù)(e) (h)步驟，或重復(fù)(e)、(g)步驟，在基膜表面形成多層復(fù)合分離膜。
(j)噴涂完畢后，將管式膜從載膜器上取下； (k)將制備好的管式有機無機復(fù)合多層膜在7(T200°C范圍內(nèi)加熱交聯(lián)0. 5 12h。
上述的噴涂組裝過程可首先設(shè)定好噴涂程序，通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動運行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，其特征在于所述的溶劑為水、甲醇、乙醇或正庚烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，其特征在于所述的基膜為管式微濾膜、超濾膜或納濾膜，所述基膜的膜材料可以是A1203、ZrO2和SiO2等。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝方法，其特征在于所述的管式基膜預(yù)處理方法為，先將基膜浸入帶有胺基的硅烷偶聯(lián)劑溶液中進行化學改性，使其表面荷有正電，然后用去離子水對其進行漂洗，最后在120°C下烘干待用。
全文摘要
一種管式多層復(fù)合分離膜的自動組裝裝置及方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。所述的管式多層復(fù)合膜的自動組裝裝置及方法，可分別將不同組分的制膜液依次噴涂至管式基膜外表面，進而在三維(3-D)支撐體表層形成具有分離作用的多層復(fù)合膜。本發(fā)明可自動完成不同組分制膜液在基膜上的噴涂組裝，大大縮短了成膜時間，簡化制膜程序。所得有機無機復(fù)合多層膜經(jīng)熱交聯(lián)處理后，聚電解質(zhì)間可形成穩(wěn)定的共價鍵，從而大大提高分離層的穩(wěn)定性和耐溶劑性能。
文檔編號B01D67/00GK102698613SQ201210165159
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者唐海齊, 張國俊, 王任, 紀樹蘭 申請人:北京工業(yè)大學