一种用于管式膜元件端面保护的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于管式膜元件端面保护的方法，以端面保护材料为原料，采用结合方法将端面保护材料以局部渗透方式进入管式膜元件端面的多孔材料孔隙内部，端面保护材料附在管式膜元件的端面及靠近端面的局部表面形成保护层，通过机械加工方式对经端面保护处理的管式膜元件外观形貌进行二次处理。本发明的有益效果是：防流体侵蚀，提高端面强度，防止污染物直接经端面支撑层大孔进入膜元件内部及滤液，还可以对破损的膜管进行修复。
【专利说明】
一种用于管式膜元件端面保护的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种用于管式膜元件端面保护的方法。
【背景技术】
[0002]管式膜元件是一种用于膜过滤过程的核心部件，一般由撑体、过渡层和膜层构成，其过滤精度涵盖微滤、超滤、纳滤等级别。膜元件是膜分离过程的关键，管式膜元件作为其中的一种，在膜过滤过程中有着广泛的应用。利用择形筛分原理，在膜两侧压差驱动下，实现对流体中特定组分的选择性透过，从而实现对料液的分离、浓缩、纯化的目的。无机管式膜元件具有分离效率高、耐高温、机械强度高、化学性质稳定、等优点，被广泛用于食品工业、医药工业、生物工业、化学工业、石油化工、环境工程等行业。
[0003]膜层通常附着在膜元件的通道或外形的表面，由撑体和过渡层(如果有)支撑，其中膜层的孔径最小(例如陶瓷纳滤膜的平均膜孔径可达0.05μπι)，而支撑体的孔径最大(例如陶瓷膜撑体的平均膜孔径可达5μπι以上)。在实际使用过程中，由于膜管端面为断层状结构，撑体、中间层和膜层呈层叠状断面形式裸露出来。当然即便在膜元件制造过程中在端面部位涂有膜层，但由于运输安装等过程的磨损，甚至对膜管外形的打磨、切削(以适应膜元件在膜组件中的安装)，端面中的撑体层大孔材料会裸露出来。
[0004]裸露撑体层的膜元件在使用过程中，料液将会通过端面的大孔直接进入渗透液侦U，导致滤液质量变差；同时由于缺失了膜层的阻挡，大尺寸污染物会经由撑体层直接进入膜元件内部的多孔材料中，这不仅会增大膜元件的渗透阻力，降低膜渗透通量，还有因为污染物的驻留，导致滤液的持续性污染，甚至导致内部长菌等更为复杂的问题。
[0005]此外，由于管式膜元件通常具有内通道式结构，流体通过管路到达膜元件端面，然后进入膜元件内的通道，在错流作用和压力驱动下，经通道表面的膜层过滤分离为保留液和滤液。在这一过程中，流体从管道流至膜元件的内通道，需要经过膜元件的端面，而这通常是一个由大口径管路进入小口径管路的过程，流型会发生突然的变化。由于管径突然变小，料液流速突增，负压骤增，产生强烈的冲击力冲击膜管端面，同时膜管端头处会形成涡流，液体被剧烈搅动从而产生大量涡流和能量耗散。此时，端面部位的膜元件材料将会受到剧烈的冲击，多孔材料的结构会逐渐受到破坏，导致材料强度的降低，材料的损耗，甚至膜元件端面的破损，进而使得膜元件无法使用。当料液为酸、碱或其它侵蚀性物料时，这一端面的破坏效应会更为显著，使得膜管在使用过程中，其端头先于中心处损坏，从而大大缩短膜元件的使用寿命，增大膜元件的使用成本。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:基于上述问题，本发明提供一种用于管式膜元件端面保护的方法，在不改变膜元件孔径尺寸、膜面积、膜管通道数量及尺寸参数的情况下，将管式膜元件的端面保护起来，从而提高其耐侵蚀性和机械强度，同时避免端面渗透导致的膜污染，并保证滤液的质量。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是:一种用于管式膜元件端面保护的方法，以端面保护材料为原料，采用结合方法将端面保护材料以局部渗透方式进入管式膜元件端面的多孔材料孔隙内部，端面保护材料附在管式膜元件的端面及靠近端面的局部表面形成保护层，通过机械加工方式对经端面保护处理的管式膜元件外观形貌进行二次处理。机械加工方式为切削、打磨，规整外形尺寸，便于进行安装和使用。
[0008]进一步地，端面保护材料是纯金属钯、金、钛、铝、铅、锡、镍、镁或其合金、无机氧化物(如二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁等)、无机盐(如硅酸盐)、玻璃、有机聚合物(如PVC，环氧树脂、聚氨酯、PTFE等)中的一种或多种的复合物。保护材料应能够与膜材料紧密结合，同时能够耐受膜元件所使用的环境，耐受相应酸、碱、溶剂、氧化、温度、压力等冲击及侵蚀，与所接触的料液/流体及机械构件等能够良好相容。
[0009]进一步地，端面保护材料是致密材料、多孔材料(例如在多孔金属端面制备聚合物多孔材料)或二者的复合物。
[0010]进一步地，结合方法为烧结法(例如陶瓷釉)、溶胶-凝胶法、沉积法(例如化学沉积法、电化学沉积法)、浸渍法(例如使用玻璃、热固性树脂或热塑性树脂)、刷涂法(例如涂防腐油漆)、喷涂法、反应固化法(例如环氧树脂AB胶)。在结合过程中，可以使用溶剂、助剂或升温、施压等手段，使得端面材料能够与膜元件紧密结合。
[0011]进一步地，保护层为一层或多层。
[0012]进一步地，管式膜元件为采用无机撑体材料的管式陶瓷膜、管式金属膜或复合膜。
[0013]进一步地，管式膜元件的端面保护处理过程可以在膜管的制备过程中进行(例如陶瓷膜元件的端面处理可与膜管的烧结过程一起进行)，也可以在膜管制备完成之后单独进行。
[0014]进一步地，管式膜元件的端面保护处理过程可以只处理膜管的一个端面，也可以处理两个或多个端面(例如膜管为具有多个端面的非直棒状膜元件)。
[0015]本发明的膜管端面处理方法，还可以对破损的膜管进行修复。膜管在制造、安装或使用过程中，出现端面破损或局部破损后，可以使用本方法进行修补和塑形，不仅保持原膜管的选择性渗透性能，还能具有原有的尺寸，使之重新恢复使用功能。
[0016]本发明的有益效果是:(I)避免端面撑体层渗透及污染，提高滤液质量；(2)提高端面材料的机械强度及耐侵蚀性能，避免流体对端面产生的冲击及侵蚀，延长膜元件的使用寿命，节约使用成本；(3)避免单独设置的端面保护装置，简化设备自身的结构、后期的安装及维护，降低设备的使用成本；(4)本发明的膜管端面处理方法，还可以对破损的膜管进行修复；(5)通过端面密封实现:防流体侵蚀，提高端面强度，防止污染物直接经端面支撑层大孔进入膜元件内部及滤液，影响膜元件使用效果和滤液质量(例如导致膜污染及通量降低、膜内部死体积污染及内部长菌等)。
【具体实施方式】
[0017]现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0018]实施例1
[0019]以管式Al2O3陶瓷膜元件(平均孔径为200nm、外径30mm、19通道、通道直径4mm、长度1100mm)为待处理膜元件。按重量比100:30的将钙硼硅酸盐玻璃基易熔釉料和水混合，在快速球磨机球磨4?8小时(料球比1:2)，终了粉料颗粒控制在300目以下。配制浓度为65°波美左右(以不流釉为佳)的釉料液，喷涂或涮、浸涂于陶瓷膜元件端面上。在850?950°C条件下保温lOmin，进行烧结定型。得到端面密封，具有良好耐酸、耐温性能和机械强度的陶瓷膜元件。
[0020]实施例2
[0021 ] 以管式Al2O3陶瓷膜元件(平均孔径为lOOnm、外径40mm、37通道、通道直径3mm、长度IlOOmm)为待处理膜元件。以室温硫化型硅橡胶(RTV-1硅胶)为端面保护材料。将膜元件端面的油脂、水分、尘埃、等杂质和污染物清除干净;将胶液涂到已清理干净的表面，使之分布均匀，并适当渗透至撑体内部;将涂好的膜元件端面向上置于空气中自然固化。得到端面密封，具有良好耐酸、耐温性能和端面韧性的陶瓷膜元件。
[0022]实施例3
[0023]以管式不锈钢膜元件(平均孔径为200nm、外径15mm、单通道、通道直径10mm、长度IlOOmm)为待处理膜元件。以硼硅酸盐玻璃为端面保护材料。将膜元件端面的油脂、水分、尘埃、等杂质和污染物清除干净;将硼硅酸盐玻璃融化，并将预热后的不锈钢膜元件端面在玻璃熔融液中浸渍，使端面浸渍均匀，并适当渗透至撑体内部;将浸渍好的膜元件降温处理。得到端面密封，具有良好耐酸、耐温性能的不锈钢膜元件。
[0024]实施例4
[0025]以管式钛膜元件(平均孔径为200nm、外径20mm、单通道、通道直径15mm、长度1500mm)为待处理膜元件。将膜元件端面的杂质和污染物清除干净;在高温和氩气保护条件下，使端面与熔融的钛液均匀接触，并适当渗透至撑体内部;膜元件在氩气保护下降温处理。得到端面密封，具有良好耐酸、耐碱性能和良好机械性能的钛膜元件。
[0026]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1.一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:以端面保护材料为原料，采用结合方法将端面保护材料以局部渗透方式进入管式膜元件端面的多孔材料孔隙内部，端面保护材料附在管式膜元件的端面及靠近端面的局部表面形成保护层，通过机械加工方式对经端面保护处理的管式膜元件外观形貌进行二次处理。2.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的端面保护材料是纯金属钯、金、钛、铝、铅、锡、镍、镁或其合金、无机氧化物、无机盐、玻璃、有机聚合物中的一种或多种的复合物。3.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的端面保护材料是致密材料、多孔材料或二者的复合物。4.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的结合方法为烧结法、溶胶-凝胶法、沉积法、浸渍法、刷涂法、喷涂法、反应固化法。5.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的保护层为一层或多层。6.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的管式膜元件为采用无机撑体材料的管式陶瓷膜、管式金属膜或复合膜。7.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的管式膜元件的端面保护处理过程可以在膜管的制备过程中进行，也可以在膜管制备完成之后单独进行。8.根据权利要求1所述的一种用于管式膜元件端面保护的方法，其特征是:所述的管式膜元件的端面保护处理过程可以只处理膜管的一个端面，也可以处理两个或多个端面。
【文档编号】B01D63/06GK106000110SQ201610542304
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王龙耀, 陈秋霞, 王岚, 赵宇培, 陈群
【申请人】常州大学