一種用於膜蒸餾的管狀膜製備方法
2023-06-07 04:39:26
專利名稱：一種用於膜蒸餾的管狀膜製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於膜蒸餾的管狀膜製備方法，涉及一種靜電紡絲管狀膜製備方法，涉及一種納米纖維管狀膜製備方法，屬於膜科學和膜材料製備及膜蒸餾領域。
背景技術：
膜技術隨工業和科學技術的發展，在許多領域用途越來越廣泛。膜組件有板框式、 管狀式、中空纖維式、螺旋卷繞式等。管狀膜組件由於能有效地控制濃差極化，流動狀態好， 可大範圍調節流速；膜生成汙垢後容易清洗；對料液預處理要求不高，被廣泛應用。常規的管狀膜製備方法在教科書中都可以看到，如安樹生主編的「膜科學技術實用教程」化學工業出版社2005年2月版第22至M頁有較詳的敘述。其方法主要點是在多孔的圓形支撐體上塗敷上一層適當厚度的高分子材料，乾燥成膜而成。這種方法一直緣用至今，並無突破性改變。常規製備管狀膜方法的缺點1、設備投資高、操作費用大。2、與板式膜組件比，膜的製備條件較難控制，而且管口密封較困難。3、管狀膜孔隙率低，且不易控制。發明的內容本發明針對管狀膜常規製備方法存在的缺點，提出一個設備投資少、工藝簡單易操作、製成的管狀膜孔隙率高的制膜方案。本方案是採用靜電紡絲製膜法將適合用於膜蒸餾的高分子材料溶液噴塗在管狀支撐上，形成管狀均勻的膜層。其設備是靜電紡絲管狀膜製備裝置，膜的接收系統為多個各自旋轉的支撐管。選擇製作管狀膜的支撐管2若干支，其直徑Φ10-20πιπι。如圖標明，2b為篩網管， 長度為300-1000mm。加為兩段與篩網管2b連接的金屬管，長度按需要而定。為了製作真空膜蒸餾裝置的需要，其中一段金屬管頂端是封閉的。支撐管圍繞一個中心圓輥1表面排列，並緊貼表面。設計一個長度與篩網管2b相匹配的中心圓輥1，直徑Φ400-600πιπι，表面附上一層聚合物材料，以增加表面摩擦力。其作用是當中心圓輥1轉動時帶動支撐管2轉動，同時對在支撐管上形成的膜起到調理作用。設計一個圓形支架3，其作用是支撐和限定支撐管2的兩端，其直徑大小要求能使支撐管表面與中心圓輥表面接觸。圓形支架3與支撐管2應是滑動配合，當中心圓輥1轉動時，可以帶動支撐管2相對圓形支架3轉動。中心圓輥1轉動速度可以調節，根據噴頭4高分子溶液噴量、中心圓輥直徑和支撐管直徑比例關係調節，目的是要求支撐管2接收的膜均勻。同時圓形支架3相對中心圓輥1作同心轉動， 以便各個支撐管都能均勻地接收到噴絲膜。其轉速可調，一般要比中心圓輥的轉速低。圓形支架的轉速決定了支撐管在噴絲範圍內停留時間，關係到管狀膜的厚度，根據管狀膜厚度要求調節圓形支架3的轉速。
圖1為膜蒸餾的管狀膜製備裝置示意圖，1為中心圓輥，2為支撐管，3為圓形支架， 4為靜電紡絲噴頭。圖2為管狀膜的支撐管示意圖，2a為兩段與篩網管連接的金屬管，2b為篩網管。
具體實施例方式在製作管狀膜之前，首先選擇適合用於膜蒸餾的材料。膜蒸餾的膜材料應是具有疏水性質，如果具有超疏水性更好。在疏水性材料中以聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯為首選材料。為方便靜電紡絲，選擇聚偏氟乙烯(PVDF)分子量在60-80萬為適宜。將PVDF 溶於甲基吡咯烷酮或二甲基甲醯胺(DMF)或DMF與丙酮的混合溶劑中，配成8-10%的溶液。 由於是靜電紡絲製膜，對於PVDF溶液體系，噴頭應接負高壓直流電源，而正端接地。管狀制膜裝置的接絲系統、中心圓輥、圓形支架都必須很好地接地。同時要控制電紡環境溫度和溼度，溫度過低易造成電紡絲膜不幹而使纖維粘接在一起，映響膜的多孔性。溫度過高易使噴頭長鬍鬚，影響電紡穩定性，同時易造成飛花。一般溫度控制在30-50°C，視電紡液溶劑揮發程度而定。當溼度太大時，由於電紡過程溶劑揮發吸熱，空氣中水蒸氣冷凝而成水。由此破壞了電紡的電場條件，並使膜不能很好地附在支撐體上。因此，最好將溼度控制在40%以下。實例將分子量為60萬的PVDF溶於DMF與丙酮的混合溶劑中，濃度為每IOOml混合溶劑中lOgPVDF。為了得到高孔隙率的膜，選擇混合溶劑的體積比DMF佔60%。恆溫40°C下攪拌，使PVDF分子在混合溶劑中得到最佳的伸展。用旋轉粘度計測量溶液粘度，當粘度達到最大時，表明高分子PVDF分子在混合溶劑中得到最佳的伸展。此時溶液可以待用，進入靜電紡絲操作。當操作室溫度達到30°C，溼度在40%以下，進行靜電紡絲。調節中心圓輥 1的轉速，使沉積在支撐管上的膜均勻。調節圓形支架3的轉速，使每個支撐管上沉積的膜厚相同。當支撐管外層用於膜蒸餾的膜層厚度達到要求時，終止靜電紡絲操作。從圓形支架3取下膜管，經過適當整理，最重要的是將膜層兩端與支撐管的金屬管加密封好。密封方法可以用PVDF溶液，也可用熱熔膠等。由這種方法製得的膜蒸餾管狀膜，膜層是由一種納米纖維構成的，因此可稱作膜蒸餾納米纖維管狀膜。膜的孔隙率可以達到50-80%。工業實用性靜電紡絲管狀膜的製備方法不僅適合於製備膜蒸餾管狀膜，也可適合於製備管狀超濾膜、管狀納濾膜、管狀微濾膜。與傳統製備方法相比，有設備投資少、工藝簡單易操作、 管口密封容易、膜的孔隙率高等優點。
權利要求
1.一種用於膜蒸餾的管狀膜製備方法，其設備是靜電紡絲管狀膜製備裝置，其特徵在於膜的接收系統為多個各自旋轉的支撐管。
2.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於支撐管(2)直徑Φ10-20πιπι，篩網管(2b)長度為300-1000mm。
3.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於支撐管( 的Oa)兩段為與篩網連接的金屬管，長度按需要而定，其中一段金屬管頂端是封閉的。
4.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於支撐管O)圍繞一個中心圓輥(1)表面排列，並緊貼表面。
5.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於支撐管O)的兩端由圓形支架 (3)支撐和限定，(3)的直徑大小要求能使支撐管表面與中心圓輥表面接觸。
6.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於中心圓輥(1)長度與篩網管 (2b)相匹配，直徑Φ400-600πιπι，表面附上一層聚合物材料。
7.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於中心圓輥(1)轉動帶動支撐管(2)相對圓形支架C3)轉動，轉動速度根據噴頭(4)高分子溶液噴量、中心圓輥直徑和支撐管直徑比例關係調節。
8.根據權利要求1所述的管狀膜製備裝置，其特徵在於圓形支架C3)相對中心圓輥 (1)作同心轉動，轉速根據管狀膜厚度要求調節，一般要比中心圓輥轉速低。
全文摘要
本發明涉及一種用於膜蒸餾的管狀膜製備方法，涉及一種納米纖維管狀膜製備方法。本發明針對管狀膜常規製備方法存在的缺點，提出一個設備投資少、工藝簡單易操作、製成的管狀膜孔隙率高的制膜方案。本方案是採用靜電紡絲製膜法將適合用於膜蒸餾的高分子材料溶液噴塗在管狀支撐上，形成管狀均勻的膜層。其設備是靜電紡絲管狀膜製備裝置，膜的接收系統為多個各自旋轉的支撐管。支撐管圍繞一個中心圓輥表面排列，並緊貼表面。一個圓形支架支撐和限定支撐管兩端。中心圓輥轉動帶動支撐管相對圓形支架轉動，圓形支架相對中心圓輥作同心轉動，靜電紡絲在支撐管上形成均勻的納米纖維管狀膜。
文檔編號C08J5/18GK102284404SQ20101020203
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者劉冉, 劉鋼 申請人:北京承峰納泰科技有限公司