专利名称：同步外压管式膜制备方法
技术领域：
本发明属于分离膜制造领域，涉及一种使用平板膜通过粘接焊接制备外压管式多孔膜(包括纳滤膜、微滤膜和超滤膜)的方法。制得的多孔膜可以用在环保、水处理和膜分离等领域。
背景技术：
聚合物多孔膜(包括纳滤膜、微滤膜和超滤膜)有多种制备方法，其中最常见的有非溶剂致相分离(NIPS，DIPS)法，又称“浸没沉淀法”(IP法)、拉伸法和热致相分离法 (TIPS)和复合热致相分离法(c-TIPS)。聚合物多孔膜的形式有平板式、中空纤维式、毛细管式和管式。如美国专利(7517421 B2)所述，中空纤维膜、毛细管膜和管式膜外径分别为
O.03-0. Imm ；0. 2_3mm和4_50mm。本发明涉及外径为3. 5-20mm的管式膜。另外本发明说明书中把纳滤膜、微滤膜和超滤膜统称为多孔膜。已知技术中有将聚合物膜以NIPS法涂敷到编制管表面，利用编织管的机械强度加强毛细管膜强度的外压毛细管膜制造方法(美国专利5，472，607，6，354，444)。由于编织纤维表面光滑，硬度高，而涂敷的分离层硬度较低，因此分离层从编织管表面脱落的倾向较高。另外，当编织管加强膜应用于水草式膜组件(如美国专利US7，160，454所述)时由于编织管加强膜硬度不够，易发生侧倒而互相缠绕，造成固体物质在缠绕处的堆积。已知技术中(中国专利200310124868. 4)有先将聚四氟乙烯(PTFE)制成支撑管， 再在PTFE支撑管上缠绕并烧结PTFE分离膜的制备外压中空纤维膜的方法。该方法由于需要预先制支撑管，工艺过程较复杂，制造成本高。已知技术中有内压管式膜制造方法在垂直放置的支撑管内通过涂敷锤滑动涂敷制膜液，然后再进入凝胶液中凝胶成膜。这一方法是间歇式的，生产效率较低。美国专利 4，214，612(1980)，6，077, 376(2000)揭示了将条状无纺布缠绕再通过超声波焊接并同步在内壁涂敷的内压管式膜的制造方法，中国专利申请(200810053043.0)揭示了类似的技术方案。这一技术方案在制成的支撑管内表面涂敷膜工艺较复杂，生产效率较低。为了提高内压膜生产效率，美国专利7，517，421揭示了用条状支撑网布通过缠绕焊接制备内压管式膜的方法。然而内压管式膜在应用中需要通过大量回流以保证膜管内液体流速，因此耗能较高，应用受到限制。中国专利申请(201220101838. 6)揭示了使用外压管式膜制造水草管式膜过滤器的技术方案，与已知技术帘式或柱式毛细管膜或中空纤维膜相比，由于每根管式膜顶端相互独立，避免了纤维物质在管式膜周围缠绕问题，由于管式膜强度较高，避免了“膜丝”断裂问题；与顶端独立封闭的水草式毛细管膜(美国专利US7160454)或水草式中空纤维膜过滤器(美国专利申请US2011/0094964A1)相比，由于管式膜硬度较高，不存在管式膜之间相互缠绕的问题；板框式膜过滤器相比，由于每根管式膜顶端相互独立，避免了纤维物质在板框之间堆积问题，由于可以反冲，使得膜通量更有保证，由于取消了板框，使得水草管式膜过滤器具有成本优势。综合无纤维缠绕、不断丝、可反冲和成本低的特点，该技术方案有望从根本上解决MBR目前的技术问题。虽然外压管式膜具有以上优势，但是在已知技术中缺乏行之有效的外压管式膜的制备方法，特别缺乏同步外压管式膜制备技术。本发明揭示的是同步外压管式膜的制备方法。
发明内容
本发明要解决已知技术中编织管加强毛细管膜的膜易脱落和硬度较低的技术问题，内压管式膜在应用中需要通过大量回流以保证膜管内液体流速，因此耗能较高的技术问题，揭示一种将条状支撑网布经缠绕粘接或焊接，同步涂敷制造外压管式膜的方法。为了达到上述目的，本发明同步外压管式膜制备方法包括将条状支撑网布以一定缠绕角连续缠绕到一根中心轴上，缠绕时条状支撑网布的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部，至少一个支撑管驱动轮，至少一个铸膜液涂敷头和至少一个含有膜凝胶液的膜凝胶槽。制得的外压管式膜具有内部支撑层和表面分离层。本发明同步外压管式膜制备方法的有益效果表现在相对于已知技术中编织管加强的毛细管膜，由于支撑网布可以有多种选择，分离层与支撑网布的结合比与编织管结合更牢固，因而不易脱落；由于缠绕并粘接/焊接后管式膜机械强度比编织管加强膜更好，因此当一端独立密闭时不易侧倒和互相缠绕；相对于板框式膜组件，本发明揭示的外压管式膜可以反冲，膜过滤器成本低。本发明揭示的外压管式膜(微滤膜、超滤膜或纳滤膜)特别适用于膜生物反应器和再生水工艺。
图I本发明同步外压管式膜制备方法示意2本发明外压管式膜横截面示意I图2中I.条状支撑网布，2.中心轴，3.结合部，4.缠绕角，5.超声波焊接头，
6.支撑管驱动轮，7.铸膜液涂敷器，8.铸膜液，9.凝胶槽，10.支撑管，11.凝胶液或淬冷液，21.分离层，22.支撑层，30.管式膜
具体实施例方式本发明同步外压管式膜制备方法包括将条状支撑网布(I)以一定缠绕角(4)连续缠绕到一根中心轴(2)上，缠绕时所述条状支撑网布(I)的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部(3)，通过至少一个支撑管驱动轮(6)驱动支撑管(10)，至少一个铸膜液涂敷器(7)和至少一个含有膜凝胶液或淬冷液(11)的凝胶槽(9)，制得的外压管式膜(30)具有内部支撑层(22)和表面分离层(21)。所述支撑管驱动轮(6)在中心轴轴向和切向双向斜置，使之转动时带动所述支撑管(10)沿轴向移动，同时沿轴向转动。本发明同步外压管式膜制备方法还包括在所述条状支撑网布(I)内同时缠绕并粘接或焊接另一支撑层，以增强毛细管膜或管式膜的机械强度。所述焊接方法是热焊接或超声波焊接的一种或两种的结合。所述条状支撑网布(I)宽度为5. 0-20_。这一宽度的选择与制得的外压管式膜(10)的直径和缠绕角(4)有关。所述缠绕角(4)为15-75度，这一角度的选择与制得的外压管式膜(10)的直径和条状支撑网布(I)宽度有关。所述结合部(3)宽度为O. 5-3. 5mm，该宽度小于O. 5mm时粘接或焊接不够牢固，大于3. 5mm时会牺牲过多的过滤面积。所述外压管式膜(10)外径为3. 5-20毫米。该直径小于3. 5毫米时，制造较困难； 大于20毫米时，膜过滤器的充填效率过低。所述铸膜液涂敷器(7)是任何可以将铸膜液(8)均匀涂敷在支撑管(10)外表面的装置。所述铸膜液(8)是已知技术中用于制备中空纤维膜、毛细管膜、管式膜或平板膜所采用的各种铸膜液的一种。所述凝胶液或淬冷液(11)是已知技术中用于制备中空纤维膜、毛细管膜、管式膜或平板膜所采用的各种凝胶液或淬冷液的一种。采用NIPS法时是凝胶液，采用c-TIPS法或TIPS法时是淬冷液。所述外压管式膜(30)是微滤、超滤或纳滤管式膜中的一种。
权利要求
1.一种同步外压管式膜制备方法包括将条状支撑网布(I)以一定缠绕角(4)连续缠绕到一根中心轴(2)上，缠绕时所述条状支撑网布(I)的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接成结合部(3)，通过至少一个支撑管驱动轮(6)驱动支撑管(10)，至少一个铸膜液涂敷器(7)和至少一个含有膜凝胶液或淬冷液(11)的凝胶槽(9)，制得的外压管式膜具有内部支撑层(22)和表面分离层(21)。
2.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述支撑管驱动轮(6)在中心轴轴向和切向双向斜置，使之转动时带动所述支撑管(10)沿轴向移动，同时沿轴向转动。
3.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于还包括在所述条状支撑网布(I)内同时缠绕并粘接或焊接另一支撑层，以增强毛细管膜或管式膜的机械强度。
4.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述焊接方法是热焊接或超声波焊接的一种或两种的结合。
5.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述条状支撑网布(I)宽度为 5. 0_20mm。
6.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述缠绕角(4)为 15-75 度。
7.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述结合部(3)宽度为 O. 5-3. 5mm。
8.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述外压管式膜(30) 外径为3. 5-20晕米。
9.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述铸膜液涂敷器(7)是任何可以将铸膜液(8)均匀涂敷在支撑管(10)外表面的装置。
10.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述铸膜液(8)是已知技术中用于制备中空纤维膜、毛细管膜、管式膜或平板膜所采用的各种铸膜液中的一种。
11.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述凝胶液或淬冷液(11)是已知技术中用于制备中空纤维膜、毛细管膜、管式膜或平板膜所采用的各种凝胶液或淬冷液的一种。
12.根据权利要求I所述的同步外压管式膜制备方法，其特征在于所述外压管式膜(30)是微滤外压管式膜、超滤外压管式膜或纳滤外压管式膜中的一种。
全文摘要
本发明属于分离膜制造领域，制得的外压管式膜可以用在环保、水处理和膜分离等领域。本发明同步外压管式膜制备方法将条状支撑网布以一定缠绕角连续缠绕到一根中心轴上，缠绕时条状支撑网布的两边互相重叠并将之这一重叠部分胶粘接或焊接，利用双向斜置的至少一个支撑管驱动轮，驱动支撑管平移并转动，同步在支撑管上涂敷铸膜液，经过凝胶或淬冷制成有支撑层和分离层的外压管式膜。本发明外压管式膜分离层与无纺布纤维的结合比与编织管纺织纤维的结合更牢固，因而不易脱落；外压管式膜机械强度比编织管加强膜更好，因此不易侧倒和互相缠绕；制膜效率高，适合大规模生产；外压管式膜可以反冲。本发明揭示的外压管式膜包括微滤膜、超滤膜或纳滤膜，特别适用于膜生物反应器和再生水工艺。
文档编号B01D67/00GK102600731SQ201210073610
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者孟广祯, 祝振鑫, 黄立州 申请人:北京坎普尔环保技术有限公司