一种新型复合碳化硅膜元件及其电热清洗工艺的制作方法

文档序号：13524017阅读：227来源：国知局

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种新型复合碳化硅膜元件及电热清洗工艺。

背景技术：

膜分离技术是一门新兴的多学科交叉的高新技术，膜的材料涉及高分子化学和无机化学领域，膜的制备、分离特征和传递过程涉及流体力学、热力学、化工动力学和过程设计等多方面学科。与其他分离技术比较，膜分离技术具有高效、节能、过程易控制、操作方便、环境污染小、便于放大、占地小、易与其他技术集成等优点。在当今世界能源短缺、水资源匮乏和环境污染日益严重的情况下，膜分离技术得到世界各国的高度重视，已成为推动国家支柱产业发展、改善人类生存环境、提高人们生活质量的共性技术。

现有的膜分离材料主要分为有机膜和无机膜两大类，有机膜通过有机聚合物制成，受限于材料的性质，具有通量小、寿命短、易污染、易老化、易破损、难反冲、预处理要求高等缺点，由上述原因导致的膜堵塞问题已经成为膜分离技术发展和应用的最大障碍；碳化硅膜作为无机陶瓷膜中的一种，具有材质坚固、易导热、耐高温、耐氧化、超亲水等特性，被应用于油水分离、海水淡化、生物发酵和重金属废液处理等领域，为满足人们生产及生活需要，本发明对碳化硅膜进行改进，使之应用范围更加广泛。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本发明提供了一种不易堵塞的新型复合碳化硅膜元件及其电热清洗工艺，本发明工艺简单、质量稳定、经济环保，机械强度高、温度耐受性好，有效解决了膜分离技术中的堵塞问题，实现了分离膜的再生利用，降低了运行成本，具有常规分离膜所不具备的优点，拓宽了膜分离技术的应用范围。

为实现发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型复合碳化硅膜元件，包括膜管、膜壳、产热元件、耐高温密封圈和密封盖，所述膜管置于膜壳内并通过耐高温密封圈和密封盖封闭，所述密封盖上设有出水口，所述膜壳上设有若干产热元件安置槽，所述产热元件安置槽中设有产热元件固定件，所述产热元件固定件中设有产热元件，所述产热元件经产热元件固定件两端外接电源线接头，所述产热元件固定件两端均设有耐高温密封件。

优选为，所述耐高温密封件通过耐高温粘合剂固定在产热元件固定件上，所述耐高温粘合剂材质包括环氧树脂类、有机类硅、含氮杂环类、酚醛树脂类、硅酸盐类、磷酸盐类和氧化物类。

优选为，所述膜管为密集通道构型，通道数为5-39条。

优选为，所述膜管置入产热元件的数量为2-4根；所述产热元件的形状为圆柱体，直径为2-7mm。

优选为，所述产热元件置入方式为产热元件固定件烧结后置入密封。

优选为，所述膜管的主要原料为碳化硅粉。

优选为，所述产热元件为金属材料，包括不锈钢、铜和合金。

优选为，所述耐高温密封件材质包括ptfe、有机硅、全氟醚、柔性石墨和膨胀蛭石。

一种新型复合碳化硅膜元件的电热清洗工艺，包括以下步骤：

（1）清水清洗：循环水流量控制为400l/h-1000l/h，冲洗时间为5-15min，之后排空清洗水；

（2）加碱性药液清洗：用0.1%-10%碱液清洗5-80min，循环流速为100-800l/h，放空膜管内碱液，用清水冲洗至中性，碱液清洗温度控制为50-80℃，升温速率为3-5℃/s，清洗时间计时从升至预订温度后开始；

（3）加酸性药液清洗：用0.1%-10%酸液清洗5-80min，循环流速为100-800l/h，放空膜管内酸液，用清水冲洗至中性，酸液清洗温度控制为50-80℃，升温速率为3-5℃/s，清洗时间计时从升至预订温度后开始。

一种新型复合碳化硅膜元件的高温电热清洗工艺，包括以下步骤：

（1）清水清洗：循环水流量控制为400l/h-1000l/h，冲洗时间5-15min，之后排空清洗水；

（2）第一次升温：温度由工作状态升温至240℃，升温速率10-40℃/min，升至设定温度后，保温时间控制为5-15min；

（3）第二次升温：温度由240℃升温至600℃，升温速率20-50℃/min，升至设定温度后，保温时间控制为5-15min，之后自然冷却；

（4）再次清水清洗：水流量控制为400l/h-1000l/h，冲洗时间为5-15min，之后排空清洗水。

本发明的有益效果是：

1、本发明工艺简单、质量稳定、经济环保，机械强度高、温度耐受性好，有效解决了膜分离技术中的堵塞问题，实现了分离膜的再生利用，降低了运行成本，具有常规分离膜所不具备的优点，拓宽了膜分离技术的应用范围；

2、本发明的复合膜元件由碳化硅膜与产热元件复合而成，碳化硅膜表面充满硅羟基，具有优良的亲水性，水分子与硅羟基形成氢键，能够有效的延缓污染物在膜表面的层积和堵塞；同时，碳化硅膜的等电点ph为2.4，膜表面携带大量负电荷，与同样带负电的污染物呈排斥效应，协同延缓膜堵塞问题的出现；

3、本发明由于碳化硅材质具有优良导热性，当污染物堵塞膜孔后，通过外加电源使置于膜通道中的产热元件快速生热，高温状态下的膜元件将堵塞膜孔中的污染物烧成灰分，最终经反冲后使堵塞膜孔的污染物被完全清理，恢复膜元件原有分离性能。

附图说明

图1是本发明新型复合碳化硅膜元件的分解图；

图2是本发明新型复合碳化硅膜元件的截面图；

图3是本发明产热元件的截面图；

图4是本发明图2中a处的局部放大图；

图5是本发明图2中b处的内部结构放大图；

以上附图中：1为出水口；2为密封盖；3为耐高温密封圈；4为膜管；5为电源线接头；6为膜壳；7为产热元件安置槽；8为产热元件固定件；9为耐高温密封件；11为产热元件。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1-图5所示，一种新型复合碳化硅膜元件，包括膜管4、膜壳6、产热元件11、耐高温密封圈3和密封盖2，所述膜管4置于膜壳6内并通过耐高温密封圈3和密封盖2封闭，所述膜管4的主要原料为碳化硅粉，所述密封盖2上设有出水口1，所述膜壳6上设有若干产热元件安置槽7，所述产热元件安置槽7中设有产热元件固定件8，所述产热元件固定件8中设有产热元件11，所述产热元件11经产热元件固定件8两端外接电源线接头5，所述产热元件固定件8两端均设有耐高温密封件9。

具体的，所述耐高温密封件9通过耐高温粘合剂固定在产热元件固定件8上，所述耐高温粘合剂材质包括环氧树脂类、有机类硅、含氮杂环类、酚醛树脂类、硅酸盐类、磷酸盐类和氧化物类，所述耐高温密封件9材质包括ptfe、有机硅、全氟醚、柔性石墨和膨胀蛭石。

具体的，所述膜管4为密集通道构型，通道数为5-39条，所述膜管4置入产热元件11的数量为2-4根；所述产热元件11的形状为圆柱体，直径为2-7mm，所述产热元件11置入方式为产热元件固定件8烧结后置入密封，所述产热元件11为金属材料，包括不锈钢、铜和合金。