適用於電場誘導進行超濾膜改性的平板超濾膜組件的製作方法

2023-10-10 01:43:09 4

本發明屬於水處理膜分離技術領域。

背景技術：

作為一種新型高效的水處理技術，以膜組件為核心的超濾技術日益受到世界各國的關注。超濾技術優點是操作簡單而且處理成本相對較低，可有效提高企業效益。超濾膜技術已成為是水處理領域近代最重要的熱點技術之一。其中平板膜是膜處理技術應用最廣的一種，平板膜通常由用於夾持超濾膜的固定夾、設置在超濾膜內腔的導流布、設置在導流布內腔的導流板組成，其中導流板既有導流功能又有支撐功能，在固定夾還上設置出水接口，該出水接口與導流板之間的空腔相連通。當平板超濾膜組件置於需要過濾處理的混合體中時，通過在出水接口上連接的負壓抽吸作用下，經過超濾膜吸附和截留之後的濾過水透過超濾膜經由導流布進入導流板，在導流板豎嚮導流溝的引導下，濾過水通過導流溝由出水接口排出。

然而膜汙染是限制其廣泛應用的一個關鍵因素。近年來，有人提出了防止膜與料液中的微小粒子直接接觸降低膜汙染的膜預塗層概念，國內外關於降低膜汙染的研究主要集中於尋求抗汙染能力強的膜材料，改善料液的可濾性和設計較佳的過濾流態等。已有很多研究表明超濾膜預塗層是一種有效的改善膜過濾通量、降低膜汙染速率、提高某些汙染物質去除效果的技術。傳統的超濾膜預塗層技術往往直接採用負壓抽吸形成預塗層，此方法形成的預塗層與超濾膜結合不夠穩定。

經研究，本發明人提出一種超濾膜的改性工藝：將含有負電荷TiO2的塗料液置於電解池中，將超濾膜組件和不鏽鋼板電極浸沒於塗料液內，在超濾膜組件和不鏽鋼板電極之間連接直流電源，在一定電場強度下進行電解，取得在超濾膜表面具有TiO2顆粒層的改性超濾膜。此方法可有效減少膜汙染，提高膜使用壽命。

技術實現要素：

本發明目的是提出一種適用於以上超濾膜的改性工藝的平板超濾膜組件。

本發明包括通過固定夾夾持的超濾膜，在固定夾上設置出水接口；在超濾膜內腔設置導流布，在導流布內腔設置導流板，其特徵在於在導流布和導流板之間設置石墨絲網，一導線的內端電連接在石墨絲網上，所述導線的外端設置在超濾膜外側，在石墨絲網內腔的導流板與出水接口之間設置出水通道。

在進行超濾膜的改性工藝時，將含有負電荷TiO2的塗料液置於電解池中，將本發明平板超濾膜組件安裝在電解池內，膜組件上端的導線與外部直流電源的正極連接，石墨絲網充當陽極；在膜組件外側設置兩塊不鏽鋼板，不鏽鋼板通過導線與直流電源的負極連接，充當陰極。接通直流電源，電解池內帶負電荷的TiO2粒子在電場作用下向石墨絲網遷移，塗覆於超濾膜表面，形成TiO2粒子預塗層。

在過濾使用時，在負壓抽吸作用下，原水首先透過超濾膜的預塗層，預塗層將對膜汙染其主要作用的膠體和大分子有機物與膜表面分離。經過吸附和截留之後的濾後水透過超濾膜經由導流布進入導流板，在導流板豎嚮導流溝的引導下，濾後水通過導流溝由出水接口排出。

本發明組件具有以下幾個明顯的優勢：

1、本發明膜組件採用石墨絲網充當陽極，耐腐性好，導電效果好，性能穩定。

2、本發明在外加電場作用下，荷電TiO2可以很快的塗覆到超濾膜表面，通過電壓和預塗層時間的調節可以很方便的獲得一定厚度的預塗層。

3、本發明涉及到的荷電TiO2電場預塗層超濾膜能夠有效的降低水體濁度和高錳酸鹽指數，能夠有效的減少膜汙染，提高膜使用壽命。

4、本發明製造工藝簡單，易於安裝操作，具有很好的使用價值。

進一步地，本發明所述超濾膜為聚偏氟乙稀（PVDF）超濾膜，標稱孔徑為0.1μm。聚丙烯晴（PAN）強度低，脆性大，耐酸鹼程度弱；聚醚碸（PES）、聚碸（PSF）抗汙染能力較差，並且容易斷絲。而聚偏氟乙烯（PVDF）伸展率極高，不易斷絲，耐酸耐鹼性很好，抗汙染性強，適合本發明所需。另外，在0.1μm的標稱孔徑下，聚偏氟乙烯超濾膜的滲透通量相對較大，同時抗汙染能力相對較好，是最優選擇。

所述石墨絲網的密度為60目。在該密度下，石墨絲網不僅能有效支撐整個膜組件，在充當電極時導電效果好，性能穩定。

在超濾膜外側的所述導線通過環氧樹脂密封在固定夾上。使用環氧樹脂封膠，固化後電氣性能優越、表面光澤度高，操作簡單方便。

附圖說明

圖1為本發明的一種結構示意圖。

具體實施方式

一、平板超濾膜組件的結構介紹：

如圖1所示，包括通過固定夾7夾持有超濾膜6，該超濾膜6為聚偏氟乙稀超濾膜，標稱孔徑為0.1μm，固定夾7由ABS樹脂製成。

在超濾膜6的內腔設置導流布5，在導流布5的內腔設置密度為60目的石墨絲網4，在石墨絲網4的內腔設置導流板3。

在石墨絲網4與一組導線1的內端電連接，導線1的中部穿過導流板3的縫隙，導線1的外端設置在超濾膜6的外側，然後通過環氧樹脂密封在固定夾7上。

在固定夾7上設置出水接口2，在石墨絲網4內腔的導流板3之間設置與出水接口2之間連通的出水通道8。

出水通道8可以由一個橫向通道和一個豎向通道組成，橫向通道位於導流板3上方，在橫向通道上設置與各導流板3之前的縫隙對應的導流溝，豎向通道的一端與橫向通道相連通，另一端與出水接口2的下端相連通，以使濾出的液體由導流板3之前的縫隙依次經導流溝匯集至出水通道8的橫向通道，再經豎向通道引至出水接口2。

二、改性工藝：

1、製備顆粒狀負電荷TiO2：

在磁力攪拌條件下，將TiO2溶於六偏磷酸鈉的水溶液中，以稀酸調節pH值6後，再加入十二烷基苯磺酸鈉，然後在恆溫磁力攪拌條件下分散1小時，經分離取得固相，在105℃下烘乾2小時，經研磨，取得粒徑為0.5～1μm的顆粒狀負電荷TiO2。

2、製備有負電荷TiO2的塗料液：

取2g顆粒狀負電荷TiO2稀釋於1L純水中，形成含有負電荷TiO2的塗料液，配成的塗料液中負電荷TiO2的濃度為2g/L。

3、製備改性超濾膜：

將配製的塗料液置於電解池中，將超濾膜組件和兩塊不鏽鋼板電極浸沒於塗料液內，並使兩塊不鏽鋼板電極對稱布置在超濾膜組件的兩個外側。

在超濾膜組件上連接直流電源的正極，在兩塊不鏽鋼板電極上都連接直流電源的負極，在電場強度為30V/cm的條件下進行電解10min以上，然後排去剩餘塗料液，取得在超濾膜組件的超濾膜表面具有TiO2顆粒層的改性超濾膜。

三、應用試驗及結果：

取製成的改性超濾膜組件進入源水進行膜處理：開啟超濾膜的抽吸泵，預塗層依靠負壓抽吸工作。當一個過濾周期結束時，關閉抽吸泵，打開反衝泵進行膜反洗，此時預塗層脫落。反洗結束後，開啟電源進行電場預塗層，重複上述工作步驟。