低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品的製作方法

2023-09-18 23:40:55 1

低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種超濾膜及其製備技術,具體是指一種低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品。低截留分子量卷式超濾膜的製備方法包括以下具體步驟：配製制膜液；製備膜片；製備卷式超濾膜；該製備方法製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為1000-5000，水通量為20-110升/平米/小時/巴。本發明低截留分子量卷式超濾膜製備方法工藝簡單，程序節約，經三大步即可製備低截留分子量卷式超濾膜，且因制模程序簡易，過程控制極為便利，在生產過程中能較好地平衡各種指標，利於工業化的廣泛應用。用本方法製造的低截留分子量卷式超濾膜，相比於已有的板框式膜、管式膜、中空纖維膜和卷式膜等具有較低的截留分子量及水通量。
【專利說明】低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品，屬於超濾膜製備方法【技術領域】。
[0003]【背景技術】
工業上應用的膜組件形式主要有板框式膜組件、管式膜組件、中空纖維膜組件和卷式膜組件。板框式膜組件易清洗、組裝，加工比較容易，流道面積比較大，不易發生流道阻塞現象。但對邊界和器件的密封性加工要求較高,料液一次性通過量較少，需要經過多次循環。管式膜組件能很好地控制濃差極化現象，料液一般無需預處理，便於清洗與組裝，但投資較大。中空纖維膜和管式膜有相類似的結構，但中空纖維膜的直徑比管式膜小很多，可以承受較大的靜壓力而不致壓實。其中，管式膜組件的比表面積最小，中空纖維膜組件的比表面積最大。
[0004]市場佔有率最高的兩種膜組件形式是中空纖維膜和卷式膜。主要因為它們具有較高的裝填密度，中空纖維膜組件儘管較卷式膜組件具有更高的裝填密度，但卷式膜組件更好地平衡了操作的簡易性、膜汙染的控制性、滲透量的大小和堆積密度等重要指標，在實際應用中更被青睞，廣泛用於海水淡化、生活汙水處理及回收、工業廢水處理、乳品加工和分離濃縮、製藥工業中藥品的提取等領域，具有廣闊的發展前景。
[0005]目前，卷式膜組件用膜片主要是反滲透膜和納濾膜，而卷式超濾膜生產較少。國內外從事超濾膜生產的廠家主要生產截留分子量1-15萬的超濾膜，具有低截留分子量的超濾膜很少。隨著納濾膜和超濾膜分離【技術領域】日益擴大，醫藥、生物技術、食品飲料等行業(具體包括:注射用藥液的過濾除去熱原、純化濃縮各種酶、激素、蛋白、收集細胞、過濾介質與培養基等方面。)對低截留分子量的超濾膜的需求越來越大。目前，國內外對低截留分子量超濾膜的研究，如專利CN10`1053779提出了一種親水性低截留分子量複合超濾膜的製備技術、專利CN1365849公開了一種低分離極限親水性共混超濾膜及其製備方法、專利CN1087287公開了一種荷電性小孔超濾膜的製備方法。這些種種探索研究製得的超濾膜為板式膜，制膜工藝複雜，過程控制要求精確，制膜成本高，工業化膜組件設備裝置造價昂貴，佔地面積大，不利於工業化應用。
[0006]

【發明內容】

[0007]本發明的目的在於解決上述已有技術存在的不足，提供一種制膜工藝簡單、制膜成本低、更好地平衡制模指標的低截留分子量卷式超濾膜製備方法及其產品。
[0008]本發明低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，特殊之處在於包括以下具體步驟:
(I)配製制膜液
將聚合物、溶劑及添加劑在30-90°C的溫度條件下均勻混合、溶解，過濾脫泡後得到制膜液；
(2)製備I旲片
將聚酯無紡布安裝在刮膜機上，把經步驟(I)中製得的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過空氣暴露、恆溫凝固浴及漂洗後，得到低截留分子量超濾膜片；
(3)製備卷式超濾膜
膜片三邊封膠形成膜片袋，膜片袋中插入產水流道布，後膜片袋和進料液格網依次纏繞於滲透液收集管上成為膜卷，膜片袋口與滲透液收集管相連，膜卷切頭並安裝密封套，再外繞玻璃絲布，乾燥固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0009]本發明的一種改進是，所述步驟(I)中聚合物、溶劑及添加劑的重量份配比分別為:
聚合物:溶劑:添加劑=14-30份:50-80份:2-16份。
[0010]本發明的又一種改進是，所述的聚合物為聚碸、聚醚碸、聚偏氟乙烯中的任意一種。
[0011]本發明的第三種改進是，所述的溶劑為二甲基甲醯胺溶液、二甲基乙醯胺溶液、N-甲基吡咯烷酮溶液中的一種或任兩種的組合或任三種組合。
[0012]本發明的第四種改進是所述的添加劑為無水氯化鋰、丙酮、磷酸、丙醇、結晶氯化鋁、聚乙烯吡咯烷酮中的任一種或任兩種的組合或任三種組合。
[0013]本發明的第五種改進是，所述步驟(2)中，塗刮在聚酯無紡布上的制膜液空氣暴露距離為5-15cm。
[0014]本發明的第六種改進是，所述步驟(2)中，恆溫凝固浴的溫度為2-10°C。
[0015]本發明的另一個方案是，所述低截留分子量卷式超濾膜製備方法製得的低截留分子量卷式超濾膜，特殊之處在於低截留分子量卷式超濾膜的截留分子量為1000-5000，水通量為20-110升/平米/小時/巴。
[0016]本發明低截留分子量卷式超濾膜製備方法工藝簡單，程序節約，經三大步即可製備低截留分子量卷式超濾膜，且因制模程序簡易，過程控制極為便利，在生產過程中能較好地平衡操作的簡易性、膜汙染的控制性、滲透量的大小和堆積密度等重要指標，利於工業化的廣泛應用。用本方法製造的低截留分子量卷式超濾膜，相比於已有的板框式膜、管式膜、中空纖維膜和卷式膜等具有較低的截留分子量及水通量。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]以下給出本發明的【具體實施方式】，用來對本發明作進一步說明。
[0019]以下實施例中均以0.1kg作I份計。
[0020]實施例1
將25份的聚碸(聚合物)、3份的添加劑(其中，添加劑包括I份的無水氯化鋰和2份的丙醇)、79份的二甲基乙醯胺(溶劑)在80°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0021]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過15cm的空氣暴露距離後，浸入到6°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0022]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0023]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為1500，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇1500的截留率為86%，水通量為27升/平米/小時/巴。
[0024]實施例2
將20份的聚醚碸(聚合物)、4份的添加劑(其中，添加劑包括2份的磷酸和2份的丙醇)、76份的二甲基甲醯胺(溶劑)在70°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0025]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過IOcm的空氣暴露距離後，浸入到8°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0026]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0027]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為2000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇2000的截留率為93%，水通量為45升/平米/小時/巴。
[0028]實施例3
將16份的聚偏氟乙烯(聚合物)、8份的添加劑(其中，添加劑包括3份的聚乙烯吡咯烷酮和5份的丙酮)、76份的N-甲基吡咯烷酮(溶劑)在75°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0029]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過IOcm的空氣暴露距離後，浸入到8°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0030]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0031]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為4000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇4000的截留率為87%，水通量為67升/平米/小時/巴。
[0032]實施例4
將26份的聚醚碸(聚合物)、4份的磷酸(添加劑)、70份的二甲基乙醯胺(溶劑)在50°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0033]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過IOcm的空氣暴露距離後，浸入到4°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0034]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0035]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為3000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇3000的截留率為97%，水通量為50升/平米/小時/巴。
[0036]實施例5
將18份的聚醚碸(聚合物)、7份的添加劑(其中，添加劑包括3份的磷酸和4份的丙醇)、75份的N-甲基吡咯烷酮(溶劑)在75°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0037]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過13cm的空氣暴露距離後，浸入到6°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0038]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0039]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為4000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇4000的截留率為85%，水通量為88升/平米/小時/巴。
[0040]實施例6
將22份的聚醚碸(聚合物)、9份的添加劑(其中，添加劑包括3份的磷酸和6份的結晶氯化鋁)、69份的二甲基甲醯胺(溶劑)在45°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0041]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過13cm的空氣暴露距離後，浸入到6°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0042]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0043]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為3000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇3000的截留率為90%，水通量為58升/平米/小時/巴。
[0044]實施例7
將28份的聚醚碸(聚合物)、7份的添加劑(其中，添加劑包括3份的磷酸和4份的丙醇)、65份的N-甲基吡咯烷酮(溶劑)在85°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0045]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過13cm的空氣暴露距離後，浸入到6°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0046]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0047]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為3000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇3000的截留率為92%，水通量為30升/平米/小時/巴。
[0048]實施例8
將15份的聚碸(聚合物)、9份的添加劑(其中，添加劑包括5份的磷酸和4份的聚乙烯吡咯烷酮)、76份的二甲基乙醯胺(溶劑)在35°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0049]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過15cm的空氣暴露距離後，浸入到6°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0050]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0051]製得的低截留分子量卷式超濾膜截留分子量為5000，測試低截留分子量卷式超濾膜對聚乙二醇5000的截留率為94%，水通量為90升/平米/小時/巴。
[0052]實施例9
將14份的聚偏氟乙烯(聚合物)、2份的丙酮(添加劑)、80份的溶劑(其中，溶劑包括30份的二甲基甲醯胺、30份的二甲基乙醯胺和20份的N-甲基吡咯烷酮)在30°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0053]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過5cm的空氣暴露距離後，浸入到2°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0054]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0055]實施例10
將30份的聚碸(聚合物)、16份的添加劑(其中，添加劑包括6份的丙酮、2份的磷酸和8份的聚乙烯吡咯烷酮)、50份的溶劑(其中，溶劑包括40份的N-甲基吡咯烷酮和10份的二甲基甲醯胺)在90°C的溫度條件下均勻混合、溶解，採用常規方式過濾、脫泡後得到制膜液。
[0056]將聚酯無紡布作為支撐層安裝在刮膜機上，調整好刮刀的厚度和線速控制儀的走布速度，將預先製備好的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過8cm的空氣暴露距離後，浸入到10°C的恆溫凝固浴中，後經過漂洗槽充分漂洗，得到低截留分子量超濾膜片。
[0057]將產水流道布插入三邊用聚氨酯膠密封形成的低截留分子量超濾膜片袋中，膜片袋口與滲透液收集管(或稱中心管)相連，膜片袋和進料液格網兩者依次纏繞在滲透液收集管上成為膜卷，進料液格網起導流作用；將膜卷兩端按一定尺寸切頭以使膜卷更為平整，膜卷安裝密封套後外繞一層環氧樹脂澆注的玻璃絲布，在一定溫度下乾燥，環氧樹脂膠固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
[0058]所述的進料液格網作用:(I)促進湍流，增強傳質，由此引起的交錯流動及渦流可以降低濃差極化現象，增加膜通量，減輕膜汙染；(2)具有支撐作用，可以使兩層膜片處於分離的狀態，從而穩定了流道的結構。
【權利要求】
1.一種低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於包括以下具體步驟: (1)配製制膜液 將聚合物、溶劑及添加劑在30-90°C的溫度條件下均勻混合、溶解，過濾脫泡後得到制膜液； (2)製備I旲片 將聚酯無紡布安裝在刮膜機上，把經步驟(I)製得的制膜液緩慢平穩地倒入制膜液儲存槽中，開動刮膜機，制膜液被塗刮在聚酯無紡布上，經過空氣暴露、恆溫凝固浴及漂洗後，得到低截留分子量超濾膜片； (3)製備卷式超濾膜 膜片三邊封膠形成膜片袋，於膜片袋中插入產水流道布後，膜片袋和進料液格網依次纏繞於滲透液收集管上成為膜卷，膜片袋口與滲透液收集管相連，膜卷經切頭、密封、乾燥固化後得到低截留分子量卷式超濾膜。
2.如權利要求1所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中聚合物、溶劑及添加劑的重量份配比為: 聚合物:溶劑:添加劑=14-30份:50-80份:2-16份。
3.如權利要求1或2所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述的聚合物為聚碸、聚醚碸、聚偏氟乙烯中的任意一種。
4.如權利要求1或2所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一種或任二種的組合或三種的組合。
5.如權利要求3所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一種或任二種的組合或任三種的組合。
6.如權利要求1或2所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為無水氯化鋰、丙酮、磷酸、丙醇、結晶氯化鋁、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或任二種的組合或任三種的組合。
7.如權利要求5所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為無水氯化鋰、丙酮、磷酸、丙醇、結晶氯化鋁、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或任二種的組合或任三種的組合。
8.如權利要求1或2所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中，塗刮在聚酯無紡布上的制膜液在空氣暴露步驟中的暴露距離為5-15cm。
9.如權利要求5所述的低截留分子量卷式超濾膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中，恆溫凝固浴的溫度為2-10°C。
10.一種由權利要求1所述方法製得的低截留分子量卷式超濾膜，其特徵在於該超濾膜的截留分子量為1000-5000，水通量為20-110升/平米/小，時/巴。
【文檔編號】B01D71/34GK103816810SQ201410093148
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】王樂譯, 趙嶽軒, 張偉政, 王兵厚, 徐志成, 王新豔 申請人:山東招金膜天有限責任公司