一种无机炭平板膜组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种平板式无机炭膜组件。它包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头；所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道；所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构；所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。采用本发明结构的平板式无机炭膜组件，能够有效降低膜污染，便于膜清洗，保障膜组件的运行时间，延长膜使用寿命。
【专利说明】
一种无机炭平板膜组件
技术领域
[0001 ]本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种平板式无机炭膜组件。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，过滤膜组件污堵问题和清洗问题是影响其使用的主要问题。过滤 膜一般分为中空纤维膜、管式膜和板式膜。中空纤维膜一般是内径0.8-1.2毫米的纤维状膜 丝，由于其通道内径小，一般要求对原水进行严格的预处理，去除水中杂质和悬浮物，防止 膜污堵。管式膜水流通道较大，一般在3-5毫米，由此可以接受较高的进水杂质和浊度，但是 由于膜组件一般封装数十至数千根膜管，膜组件中对于膜管的密封要求高，容易发生泄漏。 使用板式膜组装的膜组件，是由并列排布的平板膜和用于密封且用于收集产水的端头构 成，平板间距可以根据进水水质情况调整，由于平板膜之间是开放式开口，所以能够接受进 水中较高的杂质和浊度，同时膜清洗时污染物也比较容易被清除，最后对于并列排布的平 板膜的密封也比管式膜的密封容易，且密封结构简单效果好。
[0003] 随着运行时间的延长，膜组件的过滤通量会随之下降，需要定时反洗来恢复过滤 通量。当通过反洗无法完全恢复通量时，就需要对膜组件进行化学清洗，一般使用酸、碱或 其它清洗药剂对膜进行化学清洗。对膜进行反洗和化学清洗时，就需要膜具有一定的机械 强度和耐酸碱性。膜的材质一般包括有机高分子材料、无机材料和金属材料等。对于有机高 分子材质的过滤膜，机械强度和耐酸碱性相对较差，难以胜任频繁反洗和化学清洗，结果是 膜的使用寿命降低。金属膜的机械强度较高，化学稳定性良好，但是金属膜一般过滤精度不 高，且膜孔分布较宽，同时金属膜的成本也较高，因此限制了金属膜的广泛应用，一般只应 用于特殊分离过程。无机膜一般由氧化铝、氧化锆、碳化硅等制成，无机膜的机械强度较高， 同时耐酸碱性良好，膜过滤精度高，过滤孔径分布窄，已经广泛应用于各种分离过程中。其 中，碳化硅材质的无机膜由于材质的高亲水性，高孔隙率，好的耐酸耐碱性，使其具有高的 过滤通量和化学清洗性能，在各种高含油、高悬浮物和高浊度的污水处理中，显示出更多优 势。 CN203663714U( 2014-6-25)公开了一种碳化硅材质的无机炭膜组件，其中无机炭膜是 一种蜂窝状结构，该膜组件结构简单，密封性好，装配方便。然而该组件结构仍然有待改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种通量高，抗污染能力强，对进水预处理要求低，容易清 洗，膜使用寿命长的平板式无机炭膜及其膜组件，该膜组件可以作为普通过滤或膜生物反 应器等。
[0005] 本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的： 一种平板式无机炭膜组件，其包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭 膜两端且用于收集产水的端头； 所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道； 所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构； 所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中 空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。
[0006] 采用本发明结构的平板式无机炭膜组件，具有通量高，抗污染能力强，对进水预处 理要求低，容易清洗，膜使用寿命长等特点。可以作为普通过滤或膜生物反应器等。
[0007] 作为优选，所述平板式无机炭膜包括支撑体和分离层； 所述无机炭膜的支撑体是由具有较大孔径的碳化硅材料构成;所述无机炭膜的分离层 是在膜板或膜片的外侧，由碳化硅材料构成的过滤层。
[0008] 支撑体孔径一般大于50微米，优选支撑体部分的孔径大于100微米。
[0009] 分离层通过二次涂覆方法涂覆在支撑体上，根据过滤孔径需要，可以进行一次或 多次涂覆。分离层厚度很小、具有较小过滤孔径和窄的孔径分布。
[0010]更优选地，分离层厚度为〇.〇5~1微米； 分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~ΙΟμπι;在过滤孔径大于1微米时， 分离层是通过一次涂覆完成； 在过滤孔径小于1微米时，分离层是通过两次或多次涂覆完成，先在支撑体上涂覆具有 1微米孔径的过滤层，然后在此过滤层上再涂覆一层具有要求过滤孔径的过滤层。
[0011]更优选地，分离层厚度为0.1~0.5微米。
[0012]支撑体和分离层两部分采用同一种材料，经过高温处理后两部分成为同一相。由 于分离层和支撑层是同一种材料，两者的热膨胀系数相同，这样就避免了分离层与支撑层 间剥离破坏的问题。
[0013] 本发明的无机炭膜采用了复合无机炭材料，具有极低的水接触角(0.3° )，是已知 所有膜材料(包括有机膜材料，无机膜材料和金属膜材料）中最小值，即无机炭膜材料的亲 水性最好，抗污染能力最高。同时，通过制造工艺控制，可以制备出孔隙率超过45%的膜片， 使得无机炭膜的处理通量极高，可以达到陶瓷膜的5倍以上。这些独特性能，使其在油田采 出水和其它含油污水处理应用中，显示出独一无二的优势，降低了膜的投资成本，解决了现 有工艺中有机膜和金属膜在技术或技术经济方面存在的问题。
[0014] 膜孔径是由分离层决定的，无机炭膜通过独特的涂覆技术，尤其是不同的加料顺 序和阶梯烘干，这就保证了对膜孔径的精准控制，使它具有精准的膜孔径和非常窄的孔径 分布。这样，就从根本上保证了对悬浮物粒径大小的控制。同时，无机炭膜结构设计采用了 集成化模块式设计，这种独特的结构设计具有高度集成性和优异的结构密封性，同时也极 大地提高了膜的整体强度，这些特点为膜的长周期、稳定和达标运行提供了保证。
[0015] 作为优选，所述分离层厚度为0.05~1微米； 所述分离层厚度与支撑层厚度比为1:50-100;分离层过滤精度包括超滤和微滤范围， 孔径范围20nm~I Oym; 分离层通过多次涂覆而成，由此形成支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变 小的孔径梯度。支撑层、分离层内层和分离层外层的总厚度即为过滤层厚度。
[0016] 所述并列排布的平板式无机炭膜中设有平行分布的产水通道，产水通道截面可以 是正方形、长方形、圆形、椭圆形和其它多边形，在一个膜片上产水通道截面形状可以相同， 也可以是不同形状。
[0017] 作为优选，所述膜片厚度与平板式无机炭膜产水通道高度比例为I: 1.5-20,优化 地比例为1:2-10。
[0018] 分离层经过多次涂覆，由此可得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐 变小的孔径梯度;一方面保证了膜过滤效率与通量，以及膜反冲洗效果，即通量恢复率高， 另一方面进一步提高过滤精度，使无机炭膜具有精准的膜孔径和非常窄的孔径分布。这样， 进一步从根本上保证了对悬浮物粒径大小的控制。发明人发现，平板式无机炭膜膜片厚度 与所述产水通道高度比例控制得当，会使膜片寿命和组件寿命都得到提高。平板式无机炭 膜膜片厚度与所述产水通道高度比例若太大，则过滤膜厚度过大，产水阻力增加，通量降 低;该比例若太小，则无机炭膜膜片机械强度降低，影响使用寿命。同时控制分离层厚度与 支撑层厚度的比例以及产水通道高度与所述平板式无机炭膜厚度比例，能使膜片强度达到 更好的需求，并同时使膜片与膜组件设计更有助于解决过滤膜组件污堵问题和清洗问题。
[0019] 无机炭膜采用了独特的膜材料和膜结构。膜材料是一种新型无机复合炭材料，该 材料具有亲水性好，孔隙率高，化学稳定性和热稳定性高，强度和耐磨损性能高等特点。无 机炭膜是一种非对称膜，膜本体包括膜表层(分离层)和大孔载体(支撑层)两部分，两部分 采用了同一种材料，经过高温处理后成为无机炭膜。由于分离层和支撑层是同一种材料，高 温处理使两者成为一体，两者的热膨胀系数相同，这样就避免了分离层与支撑层间剥离破 坏的问题。由于膜材料的化学稳定性和耐腐蚀能力极高，这样就克服了由于腐蚀造成的膜 完整性破坏和过滤性能下降的问题。
[0020] 本发明的无机炭膜采用了复合无机炭材料，具有极低的水接触角(0.3° )，是已知 所有膜材料(包括有机膜材料，无机膜材料和金属膜材料）中最小值，即无机炭膜材料的亲 水性最好，抗污染能力最高。同时，通过制造工艺控制，可以制备出具有45%孔隙率的膜组 件，使得无机炭膜的处理通量极高，可以达到陶瓷膜的5倍以上。这些独特性能，使其在油田 采出水和其它含油污水处理应用中，显示出独一无二的优势，降低了膜的投资成本解决了 现有工艺中有机膜和金属膜在技术或技术经济方面存在的问题。
[0021] 作为优选，所述支撑层的制备步骤为： (1) 配料:按一定重量比将两种不同粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水，在混合器中混合 0.1-5小时，得到泥料； (2) 将所制备的泥料通过挤出机挤出成型，挤出物尺寸由挤出机机头模具决定，得到具 有一定外形尺寸和产水通道尺寸的坯料； (3) 将所制备的坯料在室温通风条件下干燥0.5-24小时； (4) 将室温干燥后的坯料放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至2000~2400°C，并在 此温度下保持1~10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜支撑层。
[0022] 作为优选，所述分离层的制备步骤为： (1) 将具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水混合，制成浆料； (2) 将膜支撑体外侧面均匀涂覆所得浆料； (3) 将涂覆后的膜板在室温通风条件下干燥0.5-24小时； (4) 将干燥后的膜板放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至1800~2400°C，并在此温 度下保持1~10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜具有支撑层和过滤层的不对 称膜片。
[0023]分离层的制备步骤(2)可以采用各种涂覆方法，如喷涂、刮涂、浸涂等。可以一次涂 覆，也可以多次涂覆. 本发明炭膜配方由：碳化硅、粘合剂、水及表面改性剂组成，其中： 粘合剂:采用聚合物粘合剂，优选采用聚烯烃类粘合剂，如聚乙烯、聚丙烯等。
[0024]表面改性剂:带有亲水基团有机溶剂，如乙醇、丙三醇等。
[0025] 聚烯烃以其质轻、价廉及低吸湿性而广泛应用于工业生产的各个领域。但由于其 非极性、表面能低导致了它的染色性、粘合性、亲水性、抗静电性以及与其他高分子聚合物 或无机填料的相容性差。本发明采用聚烯烃作为粘合剂，又引入带亲水基团的表面改性剂， 担当水与聚烯烃粘合剂之间的桥架作用，改善本发明制膜配合料系统的相溶性，这样既保 持了聚烯烃聚合物粘合剂质轻、价廉及低吸湿性的优势，又保证了系统相溶性，从而保证本 发明无机炭膜支撑体质地均匀、机械强度有保障； 膜孔径是由分离层决定的，无机炭膜通过独特的涂覆技术，尤其是不同的加料顺序和 阶梯烘干，这就保证了对膜孔径的精准控制，使它具有精准的膜孔径和非常窄的孔径分布。 这样，就从根本上保证了对悬浮物粒径大小的控制。同时，无机炭膜结构设计采用了集成化 模块式设计，这种独特的结构设计具有高度集成性和优异的结构密封性，同时也极大地提 高了膜的整体强度，这些特点为膜的长周期、稳定和达标运行提供了保证。
[0026] 作为优选，所述分离层涂覆制备在所述支撑体层上后获得初级无机炭膜，所述无 机炭膜的制备包括将所述初级无机炭膜烧结，烧结具体是以5_15°C/min的速率升温至500-550 °C并保温0.3-0.5h，然后再以10-20 °C/min的速率升温至800-1000 °C并保温0.5-0.8h获 得最终的无机炭平板膜。
[0027] 进一步控制烧结过程，能够达到更好的膜性能：有效运行通量可达到传统陶瓷膜 的5倍以上，表层膜分离层与水的接触角最高仅为0.3°，亲水性好，抗油类污染能力强，进水 中悬浮物和油类污染物可以达到l〇mg/L以上;采用低膜面流速的错流过滤方式进行过滤处 理，有效地避免油类污染和来水冲击对膜本身造成的影响，且过滤精度高，悬浮物固体粒径 中值微米。
[0028] 作为优选，所述涂膜液溶剂中还包括3-5重量份硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。
[0029]作为优选，所述涂膜液溶剂中还包括0.6-1.5重量份抗氧剂168。
[0030] 作为优选，所述支撑层和/或分离层按重量份的组成为： 骨料:煤粉42-48份，酚醛树脂12-14份，白炭黑23-28份，膨润土5-9份，烧高岭土4-8份； 成孔剂:紫木节〇. 5_1份、蛇纹石粉0.3-0.8份； 添加剂:硝酸铜1.2-1.6份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅或者脂肪酸改性的碳酸钙 2.5-3.2 份； 分散剂:卵磷脂0.8-1.2份。
[0031] 更优选地，所述支撑层和/或分离层的制备步骤为： (1) 配料:按重量比配制白炭黑15-20份、煤粉26-28份、紫木节0.6-0.8份； (2) 涂膜液溶剂配制：将丙三醇、乙二醇和1，4_ 丁二醇按体积比11-14:10-15:20-26称 量混合； (3 )分离层浆料配制:将所述煤粉26-28份先加入所述涂膜液溶剂中混合2-4min，然后 将所述紫木节〇. 6-0.8份加入混合l-3min，最后将所述白炭黑15-20份加入混合8-12min，得 到均匀的分离层浆料； (4)分离层浆料涂覆:将所述分离层浆料均匀喷涂在所述支撑体层上，然后先在75-85 °C烘干3-4h，再在130-140°C烘干1.5-2h获得分离层。
[0032] 更优选地，所述涂膜液溶剂中还包括3.5-4.5重量份硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂； 所述涂膜液溶剂中还包括〇. 9-1.1重量份抗氧剂168。
[0033] 更优选地，所述无机炭膜与端头之间通过环氧胶、聚胺酯、玻璃胶进行密封并固 定。
[0034] 综上所述，本发明具有以下有益效果： 1、 膜过滤通量高，对进水预处理要求低，过滤精度高； 2、 化学稳定性和耐腐蚀能力高，耐污堵，反冲洗通量恢复率高，使用寿命长。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明无机炭平板膜一种示意图； 图2是本发明无机炭平板膜一种示意图； 图3是本发明无机炭平板膜一种示意图； 图4是本发明平板式无机炭膜组件示意图； 图5是本发明无机炭平板膜内部结构一种示意图； 图6是本发明无机炭平板膜组件内部结构一种示意图； 图7是本发明无机炭平板膜组件内部结构一种示意图； 图8是本发明无机炭平板膜组件一种示意图； 图9是本发明无机炭平板膜支撑层的一种制备工艺的流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0037] 如图1-图9所示，平板式无机炭膜组件包括并列排布的无机炭膜和用于密封无机 炭膜两端且用于收集产水的端头;无机炭膜的膜板或膜片内上设有多个贯穿膜片的中空流 道;无机炭膜为横截面呈矩形的片状结构;无机炭膜包括支撑层和分离层。无机炭膜与端头 之间通过环氧胶、聚胺酯、玻璃胶进行密封并固定。组件内的产水通道可以是正方形、圆形 或六边形。
[0038] 实施例一 无机炭膜包括支撑层和分离层； 分离层厚度为0.05微米； 分离层过滤孔径为20nm; 支撑层按重量份的组成为： 骨料:煤粉40份，酚醛树脂10份，白炭黑20份，膨润土5份，烧高岭土8份； 成孔剂:紫木节〇. 5份、蛇纹石粉0.3份； 添加剂:硝酸铜1份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅2份； 分散剂:卵磷脂0.8份。
[0039] 分离层的制备步骤为： 配料:按重量比配制白炭黑15份、煤粉25份、紫木节0.5份； 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按体积比10:8:30称量混合； 分离层浆料配制:将煤粉25份先加入涂膜液溶剂中混合2min，然后将紫木节0.5份加入 混合Imin，最后将白炭黑15份加入混合8min，得到均勾的分离层衆料； 分离层浆料涂覆:将分离层浆料均匀喷涂在支撑层11上，然后先在70°C烘干2h，再在 120°C烘干Ih获得分离层12。
[0040] 分离层涂覆制备在支撑层上后获得初级无机炭膜，无机炭膜的制备包括将初级无 机炭膜烧结，烧结具体是以5-15 °C /min的速率升温至500-550 °C并保温0.3-0.5h，然后再以 10-20 °C /min的速率升温至800-1000 °C并保温0.5-0.8h获得最终的无机炭平板膜。
[0041] 实施例二 无机炭膜包括支撑层和分离层； 分离层厚度为1微米； 分离层过滤孔径为ΙΟμπι; 支撑层按重量份的组成为： 骨料:煤粉50份，酚醛树脂15份，白炭黑30份，膨润土9份，烧高岭土4份； 成孔剂:紫木节1份、蛇纹石粉〇. 8份； 添加剂:硝酸铜2份，脂肪酸改性的碳酸钙4份； 分散剂:卵磷脂1.2份。
[0042]分离层的制备步骤为： 配料:按重量比配制白炭黑20份、煤粉30份、紫木节1份； 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按体积比15: 16:18称量混合； 分离层浆料配制:将煤粉30份先加入涂膜液溶剂中混合4min，然后将紫木节1份加入混 合3min，最后将白炭黑20份加入混合12min，得到均勾的分离层衆料； 分离层浆料涂覆:将分离层浆料均匀喷涂在支撑层上，然后先在90°C烘干5h，再在150 °C烘干3h获得分离层。
[0043]分离层涂覆制备在支撑层上后获得初级无机炭膜，无机炭膜1的制备包括将初级 无机炭膜烧结，烧结具体是以15°C/min的速率升温至550°C并保温0.5h，然后再以10-20°C/ min的速率升温至l〇〇〇°C并保温0.8h获得最终的无机炭平板膜。
[0044] 实施例三 无机炭膜包括支撑层和分离层； 分离层厚度为0.05微米； 分离层厚度与支撑层厚度比为1: 100;分离层过滤孔径20nm; 分离层通过多次涂覆而成，由此得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变 小的孔径梯度； 并列排布的平板式无机炭膜与无机炭膜之间形成产水通道，平板式无机炭膜厚度与产 水通道高度比例为1:4。
[0045] 支撑层按重量份的组成为： 骨料:煤粉45份，酚醛树脂13份，白炭黑22份，膨润土6份，烧高岭土5份； 成孔剂:紫木节〇. 8份、蛇纹石粉0.5份； 添加剂:硝酸铜1.2份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅3份； 分散剂:卵磷脂0.9份。
[0046] 分离层的制备步骤为： 配料:按重量比配制白炭黑18份、煤粉28份、紫木节0.8份； 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按体积比11:10:20称量混合； 分离层浆料配制:将煤粉28份先加入涂膜液溶剂中混合3min，然后将紫木节0.8份加入 混合2min，最后将白炭黑18份加入混合IOmin，得到均勾的分离层衆料； 分离层浆料涂覆:将分离层浆料均匀喷涂在支撑层上，然后先在79°C烘干3h，再在140 °C烘干2h获得分离层12。
[0047] 分离层涂覆制备在支撑层上后获得初级无机炭膜，无机炭膜的制备包括将初级无 机炭膜进行烧结，烧结具体是以l〇°C/min的速率升温至530°C并保温0.4h，然后再以15°C/ min的速率升温至900°C并保温0.6h获得最终的无机炭平板膜。
[0048] 实施例四 无机炭膜包括支撑层和分离层； 分离层厚度为1微米； 分离层厚度与支撑层厚度比为1:50;分离层过滤孔径?ομπι; 分离层通过多次涂覆而成，由此得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变 小的孔径梯度； 并列排布的平板式无机炭膜与无机炭膜之间形成产水通道，平板式无机炭膜厚度与产 水通道高度比例为1: 20。
[0049] 其余同实施例四，不同的是涂膜液溶剂中还包括3重量份硅烷偶联剂或铝酸酯偶 联剂;涂膜液溶剂中还包括〇. 6重量份抗氧剂168; 支撑层按重量份的组成为： 骨料:煤粉42份，酚醛树脂12份，白炭黑23份，膨润土5份，烧高岭土4份； 成孔剂:紫木节〇. 5份、蛇纹石粉0.3份； 添加剂:硝酸铜1.2份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅2.5份； 分散剂:卵磷脂0.8份。
[0050] 分离层的制备步骤为： 配料:按重量比配制白炭黑15份、煤粉26份、紫木节0.6份； 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按体积比11:10:20称量混合； 分离层浆料配制:将煤粉26份先加入涂膜液溶剂中混合2min，然后将紫木节0.6份加入 混合l_3min，最后将白炭黑15份加入混合8-12min，得到均勾的分离层衆料； 分离层浆料涂覆:将分离层浆料均匀喷涂在支撑层上，然后先在75°C烘干3h，再在130 °C烘干1.5h获得分离层。
[0051] 实施例五 无机炭膜包括支撑层和分离层； 分离层厚度为0.08微米； 分离层厚度与支撑层厚度比为1:80;分离层过滤孔径Ιμπι; 分离层通过多次涂覆而成，由此得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变 小的孔径梯度； 并列排布的平板式无机炭膜与无机炭膜之间形成产水通道，平板式无机炭膜厚度与产 水通道高度比例为1:8。
[0052]其余同实施例四，不同的是涂膜液溶剂中还包括4.5重量份硅烷偶联剂或铝酸酯 偶联剂，涂膜液溶剂中还包括1.1重量份抗氧剂168。
[0053]涂膜液溶剂中还包括5重量份硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂;涂膜液溶剂中还包括 1.5重量份抗氧剂168; 支撑层按重量份的组成为： 骨料:煤粉48份，酚醛树脂14份，白炭黑28份，膨润土9份，烧高岭土8份； 成孔剂:紫木节1份、蛇纹石粉〇. 8份； 添加剂:硝酸铜1.6份，脂肪酸改性的碳酸钙3.2份； 分散剂:卵磷脂1.2份。
[0054]分离层12的制备步骤为： 配料:按重量比配制白炭黑20份、煤粉28份、紫木节0.8份； 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4-丁二醇按体积比14: 15: 26称量混合； 分离层浆料配制:将煤粉28份先加入涂膜液溶剂中混合4min，然后将紫木节0.8份加入 混合l-3min，最后将白炭黑15-20份加入混合8-12min，得到均勾的分离层衆料； 分离层浆料涂覆:将分离层浆料均匀喷涂在支撑层上，然后先在85°C烘干3-4h，再在 140°C烘干2h获得分离层。
[0055] 经检测，膜性能：有效运行通量可达到传统陶瓷膜的5倍以上，表层膜分离层与水 的接触角最高仅为〇.3°，亲水性好，抗油类污染能力强，进水中悬浮物和油类污染物可以达 到10mg/L以上;采用低膜面流速的错流过滤方式进行过滤处理，有效地避免油类污染和来 水冲击对膜本身造成的影响，且过滤精度高，悬浮物固体粒径中值微米。
[0056] 实施例六 同实施例一，不同的是支撑层的制备步骤为： (1) 配料:按一定重量比将两种不同粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水，在混合器中混合 0.1小时，得到具有粘度的泥料； (2) 将所制备的泥料通过挤出机挤出成型，挤出物尺寸由挤出机机头模具决定，得到具 有一定外形尺寸和产水通道尺寸的坯料； (3) 将所制备的坯料在室温通风条件下干燥0.5小时； (4) 将室温干燥后的坯料放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至2000°C，并在此温度 下保持1小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜支撑层。
[0057] 分离层的制备步骤为： (1) 将具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水混合，制成浆料； (2) 将膜支撑体外侧面均匀涂覆所得浆料； (3) 将涂覆后的膜板在室温通风条件下干燥0.5小时； (4) 将干燥后的膜板放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至1800°C，并在此温度下保 持1小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜具有支撑层和过滤层的不对称膜片。
[0058] 实施例七 同实施例三，不同的是支撑层的制备步骤为： (1) 配料:按一定重量比将两种不同粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水，在混合器中混合5 小时，得到具有粘度的泥料； (2) 将所制备的泥料通过挤出机挤出成型，挤出物尺寸由挤出机机头模具决定，得到具 有一定外形尺寸和产水通道尺寸的坯料； (3) 将所制备的坯料在室温通风条件下干燥24小时； (4) 将室温干燥后的坯料放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至2400°C，并在此温度 下保持10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜支撑层。
[0059]分离层的制备步骤为： (1) 将具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水混合，制成浆料； (2) 将膜支撑体外侧面均匀涂覆所得浆料； (3) 将涂覆后的膜板在室温通风条件下干燥0.5-24小时； (4) 将干燥后的膜板放入煅烧炉中，在18小时内将温度升高至2400°C，并在此温度下保 持10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜具有支撑层和过滤层的不对称膜片。
[0060] 实施例八 同实施例一，不同的是支撑层的制备步骤为： (1) 配料:按一定重量比将两种不同粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水，在混合器中混合3 小时，得到具有粘度的泥料； (2) 将所制备的泥料通过挤出机挤出成型，挤出物尺寸由挤出机机头模具决定，得到具 有一定外形尺寸和产水通道尺寸的坯料； (3) 将所制备的坯料在室温通风条件下干燥4小时； (4) 将室温干燥后的坯料放入煅烧炉中，在16小时内将温度升高至2300°C，并在此温度 下保持5小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜支撑层。
[0061]分离层的制备步骤为： (1) 将具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水混合，制成浆料； (2) 将膜支撑体外侧面均匀涂覆所得浆料； (3) 将涂覆后的膜板在室温通风条件下干燥0.5-24小时； (4) 将干燥后的膜板放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至1900°C，并在此温度下保 持6小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜具有支撑层和过滤层的不对称膜片。
[0062] 将本发明实施例一-实施例八的无机炭平板膜组装成的平板式无机炭膜组件应用在油 田采出水过滤中的性能比较见表1和表2。
[0063] 表1处理油田采出水过滤效果对比
表2处理油田采出水过滤反洗和化学清洗效果对比
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在 阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明 的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【主权项】
1. 一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：它包括并列排布的平板式无机炭膜和用于 密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头； 所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道； 所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构； 所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中 空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。2. 根据权利要求1所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于： 所述平板式无机炭膜包括支撑体和分离层； 所述无机炭膜的支撑体是由具有较大孔径的碳化硅材料构成;所述无机炭膜的分离层 是在膜板或膜片的外侧，由碳化硅材料构成的过滤层； 所述分离层厚度为〇. 05~1微米； 分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~1 Ομπι; 在过滤孔径大于1微米时，分离层是通过一次涂覆完成； 在过滤孔径小于1微米时，分离层是通过两次或多次涂覆完成，先在支撑体上涂覆具有 1微米孔径的过滤层，然后在此过滤层上再涂覆一层具有要求过滤孔径的过滤层。3. 根据权利要求1所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：所述分离层厚度为 0.05~1微米； 所述分离层厚度与支撑层厚度比为1:50-100;分离层过滤精度包括超滤和微滤范围， 孔径范围20nm~I Oym; 分离层通过多次涂覆而成，由此得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变 小的孔径梯度； 所述并列排布的平板式无机炭膜与无机炭膜之间形成产水通道，所述平板式无机炭膜 厚度与所述产水通道高度比例为1:1.5-20。4. 根据权利要求3所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:支撑体孔径大于50微 米。5. 根据权利要求3所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述支撑层和/或分 离层按重量份的组成为： 骨料:煤粉40-50份，酚醛树脂10-15份，白炭黑20-30份，膨润土5-9份，烧高岭土4-8份； 成孔剂:紫木节〇. 5_1份、蛇纹石粉0.3-0.8份； 添加剂:硝酸铜1-2份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅或者脂肪酸改性的碳酸钙2-4 份； 分散剂:卵磷脂0.8-1.2份。6. 根据权利要求4所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述支撑层和/或分 离层的制备步骤为： (1) 配料:按重量比配制白炭黑15-20份、煤粉25-30份、紫木节0.5-1份； (2) 涂膜液溶剂配制:将丙三醇、乙二醇和1，4_ 丁二醇按体积比10-15:8-16:18-30称量 混合； (3)分离层浆料配制:将所述煤粉25-30份先加入所述涂膜液溶剂中混合2-4min，然后 将所述紫木节0.5-1份加入混合l-3min，最后将所述白炭黑15-20份加入混合8-12min，得到 均匀的分离层浆料； (4)分离层浆料涂覆:将所述分离层浆料均匀喷涂在所述支撑体层上，然后先在70-90 °C烘干2-5h，再在120-150 °C烘干I _3h获得分离层。7. 根据权利要求5所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述分离层涂覆制备 是在所述支撑体层上后获得初级无机炭膜，所述无机炭膜的制备包括将所述初级无机炭膜 烧结，烧结具体是以5-15 °C/min的速率升温至500-550°C并保温0.3-0.5h，然后再以10-20 °C/min的速率升温至800-1000°C并保温0.5-0.8h，获得最终的无机炭平板膜分离层。8. 根据权利要求7所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述涂膜液溶剂中还 包括3-5重量份硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。9. 根据权利要求1所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述支撑层的制备步 骤为： (1) 配料：按一定重量比将两种不同粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水，在混合器中混合 0.1-5小时，得到泥料； (2) 将所制备的泥料通过挤出机挤出成型，挤出物尺寸由挤出机机头模具决定，得到具 有一定外形尺寸和产水通道尺寸的坯料； (3) 将所制备的坯料在室温通风条件下干燥0.5-24小时； (4) 将室温干燥后的坯料放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至2000~2400°C，并在 此温度下保持1~10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜支撑层。10. 根据权利要求9所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于:所述分离层的制备 步骤为： 将具有一定粒度的碳化硅粉料、粘合剂和水混合，制成浆料； 将膜支撑体外侧面均匀涂覆所得浆料； 将涂覆后的膜板在室温通风条件下干燥〇. 5-24小时； 将干燥后的膜板放入煅烧炉中，在24小时内将温度升高至1800~2400°C，并在此温度下 保持1~10小时，然后在24小时内将温度降至室温，得到膜具有支撑层和过滤层的不对称膜 片。
【文档编号】C02F3/00GK105921024SQ201610342745
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】李光辉
【申请人】浙江瑞普环境技术有限公司