一種應用於氣隙式薄膜脫鹽的複合膜結構的製作方法
2023-05-05 19:21:06 1
本實用新型屬於化學工程技術領域，涉及到膜分離相關技術，特別涉及一種應用於氣隙式薄膜脫鹽的複合膜結構。
背景技術：
薄膜脫鹽是一種分離的技術，是膜分離技術與傳統蒸發過程相結合的新型膜分離過程。它與常規蒸餾一樣都以汽液平衡為基礎，依靠蒸發潛熱來實現相變。它以膜兩側的溫差所引起的傳遞組分的蒸汽壓力差為傳質驅動力，以不被待處理的溶液潤溼的疏水性微孔膜為傳遞介質。膜分離技術的核心是膜本身。用來製備薄膜材料的固有化學特性和物理結構等直接影響分離的能力和效果。薄膜脫鹽模塊的結構形式主要有直接接觸式、空氣間隙式、真空式、空氣掃氣試等。其中，直接接觸式和空氣間隙式(氣隙式)是最為常用的兩種結構形式。直接接觸式是利用兩相異溫水溶液直接接觸於薄膜的兩側，水蒸氣從高溫側穿過薄膜，並直接凝結在低溫側的水溶液中。空氣間隙式結構中，薄膜與冷凝板之間加入空氣間隙，高溫側水溶液產生的水蒸氣穿過薄膜直接凝結在冷凝板上，同時冷凝板被另一側的低溫介質帶走熱量，冷凝水可以被單獨收集，主要優勢是避免了直接接觸式的預混合過程。在空氣間隙式結構中薄膜與冷凝板之間一般需要隔層支撐，用以保證冷凝水可以沿冷凝板排出。但隔層的厚度顯著影響獲得淨水的單位通量。隔層厚度越大，在單位薄膜面積、單位時間內，可以收集到的淨水總量越低。目前，對於採用空氣間隙式結構的薄膜脫鹽裝置中，隔層一般由塑料網格構成，常用材料為聚丙烯(PP)等，這種網格厚度一般在1毫米、2毫米甚至更厚([1].Alsaadi A S,Ghaffour N,Li J D,et al.Modeling of air-gap membrane distillation process:a theoretical and experimental study[J].Journal of membrane science,2013,445:53-65.[2].Guo F,Servi A,Liu A,et al.Desalination by membrane distillation using electrospun polyamide fiber membranes with surface fluorination by chemical vapor deposition[J].ACS applied materials&interfaces,2015,7(15):8225-8232.)。已有的實驗數據表明，降低隔層厚度將提高膜兩側的有效蒸汽壓差，進而增加水蒸氣穿過薄膜的通量。由於隔層的厚度約束，採用空氣間隙式結構的薄膜脫鹽的單位通量受到限制。另外，對於空氣間隙式結構的改進，也包括在間隙中添加海綿、沙子等多孔介質([3]Francis L,Ghaffour N,Alsaadi A A,et al.Material gap membrane distillation:a new design for water vapor flux enhancement[J].Journal of membrane science,2013,448:240-247.)，這種方法也可以有效提高薄膜脫鹽的單位通量，但同時也增加了結構的複雜程度。
技術實現要素：
本實用新型針對現有技術存在的問題，通過製備一種複合結構的薄膜或者對現有薄膜的後期處理，使得用於氣隙式薄膜脫鹽模塊的結構簡化，不需要放入隔層，直接將複合膜置於高溫側與冷凝板之間。
本實用新型的技術方案是一種應用於氣隙式薄膜脫鹽的複合膜結構，該結構包括粗纖維層和薄膜層，粗纖維層由直徑在1μm～100μm的粗纖維構成，粗纖維層作為支撐結構附著於薄膜層上，形成複合膜結構。
所述的粗纖維層由纖維液體拉伸或擠壓或噴射成型，再經過乾燥或冷卻定型得到或者由纖維液體通過拉伸方式直接形成。
所述的粗纖維層附著於薄膜層的方式分為兩種，粗纖維層附著於薄膜層的方式分為兩種，一種是纖維層尚未乾燥或冷卻定型前，將一層或幾層粗纖維覆蓋於薄膜上，粗纖維以不規則的方式覆蓋在薄膜一側，並自發附著於薄膜上，形成複合膜結構；另一種是固態的粗纖維層通過熱壓或者有機溶解或者化學交聯的方式附著於薄膜上，形成複合膜結構。
本實用新型的效果和益處是簡化了現有的氣隙式薄膜脫鹽模塊結構，增加蒸汽單位通過量，增加了氣隙式薄膜脫鹽的單位淨水能力。
附圖說明
圖1是鹽度(質量濃度)為3.5％使用複合膜材料與使用隔層滲透流量對比圖。
圖2是鹽度(質量濃度)為5％使用複合膜材料與使用隔層滲透流量對比圖。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式。
一種複合結構的薄膜或者對現有薄膜的後期處理，包括薄膜層和粗纖維層。除鹽薄膜層為疏水材料，粗纖維層既可以為疏水材料，也可以為親水材料。粗纖維的材料可以為親水材料，例如尼龍等；也可以為疏水材料，例如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯等。
本實用新型是將粗纖維附著於薄膜上的新型複合膜材料。製作方式可以將粗纖維直接噴附於薄膜上；也可以將粗纖維提前製作,然後在附著在現有薄膜上。粗纖維製作可採用紡絲技術，也可採用拉伸等成膜方式。纖維附著方式可採用熱壓，有機溶解，化學交聯等方式。
將粗纖維附著於薄膜上製成新型複合膜材料。將新型複合膜材料用於薄膜除鹽實驗中，所得實驗曲線如圖1和圖2所示：
通過對比可以看出複合膜材料可以提高膜的滲透通量。相同溫差條件下，複合膜材料滲透通量是使用隔層的一倍以上，最高可達6倍，說明複合膜材料在相同條件下，有更好的淨水能力。