专利名称：一种分离膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型形状结构的分离膜及其制备方法。
背景技术：
目前，分离膜按其形状分，有平板膜、管式膜和中空纤维膜。管式膜组件分为内管式和外管式，在膜制备时，将膜材料涂覆在支撑管的外周或内周壁上，管式膜组件装填密度低，设备体积庞大。平板膜组件分为板框式和卷式，由于膜材料自身强度问题，在膜基材中都必须有支撑体，在膜制备时，将膜材料涂覆在无纺布等基体支撑材料上。中空纤维膜组件在单位体积内的膜装填密度最大，在强度方面属于自支撑材料，因此中空纤维膜在使用中的最大问题是膜丝强度问题。如在污水处理方面的膜生物反应器中，使用平板膜时，装填密度低，并且不能采取反向清洗方式，使用中空纤维膜时，虽然设备体积小，造价低，但易发生膜丝根部破损、膜丝缠绕导致的局部受力破损和膜丝积泥板结现象。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明结合平板膜与中空纤维膜的优点，设计一种新型结构的膜形状及其制备方法。本发明提供一种分离膜，其特征在于分离膜为有中空孔的条状分离膜，每片条状膜中至少有一排平行排布的中空孔。每排中空孔的数量为2 100个，中空孔内径为0. 1 3mm ο膜材料中埋有增强筋线。条状膜的中空孔可为多层，层数为1 20。条状膜外形为平直状。条状膜外形为圆弧状。分离膜材料包括聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、或聚丙烯腈等本发明膜的形状为有中空孔的条状分离膜，膜的断面截面积较大，因而可以解决中空纤维膜丝根部摆动造成的破损、膜丝细因而易发生缠绕导致的局部受力破损等问题， 防止中空纤维膜丝的积泥板结现象，可以采用中空纤维膜常用的空气清洗和反洗方式。与圆形的七孔膜或四孔膜相比，膜的外表面接触面积更大。本发明新型结构的优点是1、类似中空纤维膜的自支撑结构，无须平板膜的无纺布等支撑体，因而可以采用反洗方式，并且，膜组件装填密度大于平板膜。2、可以制备内压式和外压式条状膜。3、膜的断面面积大，抗拉强力大于中空纤维膜。4、在制备膜组件时，条状膜片有一定刚度，膜片之间容易均勻排布，克服了由于中空纤维膜丝细导致的容易膜丝缠绕问题，同时，有利于在使用时，使气体和液体在膜片周围均勻分布，克服中空纤维膜丝在使用中的膜丝粘连积泥问题。
5、可以采用溶液相转移方法和熔融挤出方法等常规制膜方法，制备容易。6、可以在膜片中埋置筋线，类似钢筋水泥预制板原理，进一步增加分离膜的机械强度。7、条状物体表面积大于圆形，增加过滤面积。
图1为本发明条状分离膜断面结构示意图；图2为本发明带有加筋的增强型条状分离膜断面结构示意图；图3为本发明带有多层中空孔的条状分离膜断面结构示意图；图4为本发明条状膜的制膜喷口制膜液出口结构示意图，直接挤出片状成膜物料；图5为本发明条状膜的制膜喷口制膜液出口结构示意图。圆环形制膜喷口挤出圆柱状成膜物料后，再使圆柱状成膜物料溶合或熔合，形成条片状。
具体实施例方式根据本发明新型结构的膜形状，分离膜形状为有中空孔的条状分离膜。每片条状膜中，至少有一排平行排布的中空孔，每排中空孔数量为2 100个，中空孔内径为0. 1 3mm。膜材料中可以埋有增强筋线。中空孔可以为多层，层数可以为1 20。根据本发明的制备方法，采用类似中空纤维纺丝机的设备来制备有中空孔的条状分离膜，将纺丝喷头改为带有插入管的专用制膜喷口。根据需要的中空孔平行排布数量、层数和增强筋线，加工专用的制膜喷口。将成膜材料从制膜喷口挤出，定型，制备出有中空孔的条状分离膜。条状膜成形方法可以从条状制膜喷口直接挤出片状成膜物料，也可以从类似中空纤维膜的圆环形制膜喷口挤出圆柱状成膜物料后，再使圆柱状成膜物料溶合或熔合，形成条片状。本发明适用的分离膜材料包括成膜材料可以为常用的聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈等。本发明的成膜机理是可以采用溶液相转移方法、热致相转移方法、熔融挤出方法等常用中空纤维膜的成膜机理。图1为条状分离膜断面结构示意图，成膜材料2内形成有中空孔部分1。每片条状膜中至少有一排平行排布的中空孔，每排中空孔数量为2 100个，中空孔内径为0. 1 3_。条状膜外形可以为平直状(如图1上半部分)或圆弧状(如图1下半部分)，圆弧状可以增加膜片的外表面接触面积。图2为带有加筋的增强型条状分离膜断面结构示意图，成膜材料2内设置加强筋3，加强筋线可以为纵向连续不间断的线状物，直径可以为0.01 3mm，筋线材料可以为尼龙、涤纶、丙纶、聚酰亚胺、芳香聚酰胺、聚乙烯等化纤长丝或短纤维，线密度为50 500dtex/10 500f ；也可以是上述化纤的加捻纱线；也可以是上述加捻纱线的机织或针织的编织绳；还可以是上述纤维材料制成的缝纫线，规格20 100S/2 4合股。还可以是棉线绳或碳纤维、玻璃纤维等无机纤维或其编织绳，还可以是尼龙、聚偏氟乙烯等材料制成的
4鱼线等实心材料。还可以是纵向连续的网格线，网格纵向尺寸为0. 1 20mm，网格横向尺寸为1 20mm。其中优选材料为涤纶纤维和聚偏氟乙烯，优选纤维形式为缝纫线和鱼线。提高筋线与膜材料的粘接强度，可以提高筋线与膜材料的抗剥离性。图3为带有多层中空孔的条状分离膜断面结构示意图。中空孔可以为多层，层数可以为1 20。中空孔间可以埋有增强筋线。实施例1 将二甲基乙酰胺(韩国三星，工业一级纯，下同)63wt%、聚偏氟乙烯树脂(Solef 6010，下同)21wt%、聚乙二醇5wt%、丙二醇11衬％，在100°C下搅拌溶解均勻， 脱泡。采用现有技术中常规的溶液相转移纺丝方法，通过端面出口结构如图4的制膜喷口挤出成膜。预置加强筋线为聚偏氟乙烯实心线，直径为0.4mm，数量为4个。中空孔插入管外径为0.9mm，平行插入管数量为5个。制膜液流道6宽度为0. 5mm。凝固浴中凝固剂为水，中空孔芯液为水，膜条牵引速度为32m/min。得到聚偏氟乙烯中空纤维条状膜，中空孔内径0. 60mm，条状膜厚度1. 1mm，宽度4. 4mm，中空孔内压破裂压力0. 42MPa，外压压扁压力 0. 25MPa。条状膜纵向拉断力30kg。外压纯水初始透过通量970L/m2 · hiO. IMPa 20°C，膜分离孔径0. 10 μ m。图4为条状膜的制膜喷口制膜液出口结构示意图，不锈钢喷口组合件4内设中空孔插入管5以及预置加强筋线3，中空孔插入管5外侧形成制膜液流道6，制膜液从条状制膜喷口的流道6直接挤出，形成片状成膜物料。实施例2 将2公斤聚偏氟乙烯树脂、3. 5公斤邻苯二甲酸二乙酯，在双螺杆挤出机上，230°C混合、挤出，通过端面出口结构如图5的制膜喷口挤出成膜。中空孔插入管外径为 1.9mm，平行插入管数量为19个，分为两排。制膜液流道6宽度为0. 5mm。膜条经过200mm 空气行程后进入水中冷却，中空孔芯部通入压缩空气，膜条牵引速度为ISm/min。得到聚偏氟乙烯中空纤维条状膜，中空孔内径0. 80mm,条状膜厚度2. 4mm,宽度12mm，中空孔内压破裂压力0.62MPa。条状膜纵向拉断力15kg。内压纯水透过速度740L/m2 · h@0. IMPa 20°C, 膜分离孔径0. 10 μ m,孔隙率72%。图5为条状膜的制膜喷口制膜液出口结构示意图，不锈钢喷口组合件4内设中空孔插入管5以及预置加强筋线3，中空孔插入管5外侧形成制膜液流道6，制膜液从类似中空纤维膜的圆环形制膜喷口挤出圆柱状成膜物料后，在完全固化成形前，再使圆柱状成膜物料相邻接触，溶合或熔合，形成条片状成膜物料。
权利要求
1.一种分离膜，其特征在于分离膜为有中空孔的条状分离膜，每片条状膜中至少有一排平行排布的中空孔。
2.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于每排中空孔的数量为2 100个，中空孔内径为0. 1 3mm。
3.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于膜材料中埋有增强筋线。
4.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于条状膜的中空孔可为多层，层数为1 20。
5.一种根据权利要求1所述的分离膜的制备方法，其特征在于，将成膜材料从带有插入管的制膜喷口挤出，成形，制备出有中空孔的条状分离膜。
6.根据权利要求5所述的分离膜的制备方法，其特征在于 从条状制膜喷口的流道直接挤出片状成膜物料，形成条片状膜物料。
7.根据权利要求5所述的分离膜的制备方法，其特征在于从类似中空纤维膜的圆环形制膜喷口挤出圆柱状成膜物料后，再使圆柱状成膜物料溶合或熔合，形成条片状膜物料。
全文摘要
本发明提供一种新型结构的分离膜及其制备方法。分离膜形状为有中空孔的条状分离膜，每片条状膜中的中空孔至少有一排平行排布，数量为2～100个，中空孔内径为0.1～3mm。膜材料中可以埋有增强筋线。中空孔可以为多层，层数可以为1～20。本发明新型结构的优点是类似中空纤维膜的自支撑结构，无须平板膜的无纺布等支撑体，因而可以采用反洗方式，并且，膜组件装填密度大于平板膜。
文档编号B01D67/00GK102198372SQ20101013193
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者吕晓龙 申请人:吕晓龙