一种反渗透及纳滤复合膜组件及制备的制作方法

1.本发明涉及反渗透及纳滤复合膜技术领域，特别涉及一种反渗透及纳滤复合膜组件及制备。
技术背景
2.水资源是人类生存发展不可或缺的自然资源,然而地球上可供人类利用的淡水资源占有率不到1％，膜分离技术由于其高效、节能环保、成本低等优点而广泛应用于海水淡化、苦碱水脱盐、污水处理等水资源的再生利用中。膜分离过程是用起分离作用的半透膜作为核心分离部件，在膜的两侧施加外加压力、电势差、浓度差、气压差等导致膜两侧化学势不相等的外界驱动力，从而使目标产物在化学势的驱动下透过半透膜达到收集器一侧。根据分离膜的孔径大小和截留溶质的尺寸可以将压力驱动的膜分离过程分为以下几类：微滤、超滤、纳滤、反渗透，其中反渗透与纳滤分离技术能够脱除水体系中的水合离子，微型污染物和小的有机分子，是获得供人类生存、生活水资源的关键技术。
3.界面聚合技术制备的聚酰胺分离膜是目前反渗透和纳滤膜的主流，商品化聚酰胺的制备单体是均苯三甲酰氯与间苯二胺或者哌嗪。用这几种单体制备的聚酰胺复合膜分离性能突出，不同官能度的联苯酰氯是通过金属催化的偶联反应制备所得，制备步骤繁琐，复杂，且随着反渗透与纳滤膜应用的推广，反渗透及纳滤膜的需求越来越多样化，仅仅依靠聚酰胺功能层上的研究已满足不了需求。
4.现今，膜生产企业通常通过调整膜片的生产工艺来获得相应性能的纳滤或反渗透膜组件。本领域人员都知道膜片性能的调整难度较大，现有方式一定程度上限制了纳滤或反渗透膜组件的性能多样性，因此，仅依靠调整膜片性能的方式来生产反渗透膜组件不仅不能满足需求，不仅消耗大量的成本并且生产效率较低。在反渗透领域应用最多的为卷式复合反渗透膜，一直以来，研究人员将研究重点主要放在了聚酰胺功能层上，而相应忽略了将不同性能的反渗透膜片组合卷制来调整膜组件的性能的方法。


技术实现要素：

5.本发明主要提供一种反渗透及纳滤复合膜组件及制备，目的为解决纳滤及反渗透膜组件性能少的问题，该方法操作简单、易于控制、效率高，并且极大降低了生产成本。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方法是：
7.一种反渗透及纳滤复合膜组件，所述膜组件按照淡水隔网、膜片i、淡水隔网、膜片ⅱ依次叠放组成；所述膜片i沿长度方向对折后夹有进水隔网；所述膜片ⅱ沿长度方向对折后夹有进水隔网。
8.一种反渗透及纳滤复合膜组件的制备方法，包括以下步骤：
9.1)根据膜系统的设计水量、水质、回收率及通量设计导则确定膜组件面积和规格型号；所述规格型号包括膜组件外径d2(mm)、长度l(mm)、产水收集管外径d1(mm)、进水隔网厚度δ1(mm)、产水隔网厚度δ2(mm)；
10.2)根据膜系统的设计需求，匹配膜组件的测试标准及目标通量f(l/m2*h)、和截留率r(％)；
11.3)根据步骤2)中的设计通量f和r，选择通量及截留率分别接近f和r的膜片ⅰ及膜片ⅱ，通量分别计为f1，f2，截留率分别计为r1，r2；并测量膜片的厚度为δ(mm)；
12.4)计算进水隔网、淡水隔网的用量x(m)及膜片的使用量为x(m)，并将进水、淡水隔网及膜片的宽度按l尺寸下料；其中x按下式计算：
[0013][0014]
5)计算膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1(m)及x2(m)，膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1、x2按如下公式计算：
[0015][0016]
6)将步骤5)中的膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1及x2按下料尺寸y(mm)进行下料，分别分成b1及b2份；进水隔网及淡水隔网的下料尺寸为y/2；
[0017][0018]
7)将下料后的膜片ⅰ沿长度方向对折后再把进水隔网夹在膜片ⅰ的中间，备用；同时将下料后的膜片ⅱ沿长度方向对折后再把进水隔网夹在膜片ⅱ的中间；
[0019]
8)将淡水隔网均匀焊接在产水收集管上，然后按照“淡水隔网-膜片
ⅰ‑
淡水隔网-膜片
ⅱ”
的顺序先将步骤7)中的膜片ⅰ靠产水收集管侧对齐放在淡水隔网上，再在膜片ⅰ上放置淡水隔网，然后将膜片ⅱ靠产水收集管侧对齐放在淡水隔网上，并在膜片边缘适当位置涂适量的胶粘剂经卷制工艺成型后获得膜组件；所述“淡水隔网-膜片
ⅰ‑
淡水隔网-膜片
ⅱ”
为单体膜组件，可放置数个单体膜组件。
[0020]
步骤3)所述的膜片ⅰ及膜片ⅱ截留率及通量满足如下关系r∈(r1，r2)，f∈(f1，f2)，即r与f均在膜片ⅰ及膜片ⅱ的通量和截留率的范围内。
[0021]
步骤6)所述膜片ⅰ及膜片ⅱ的下料尺寸y须使得b1、b2为整数，同时满足b1和b2之间的差最小。
[0022]
本发明有益效果：本发明通过性能不同的膜片组合使用来调节复合膜性能，实现了性能多样的膜组件生产，解决了反渗透及纳滤膜组件性能少的问题，满足反渗透及纳滤膜性能多样化的需求。
[0023]
本发明降低生产成本的同时还大大提高了生产效率，极大提高了经济效益。本发明抛弃了传统调整膜片性能的方式生产纳滤或反渗透膜组件，而是通过科学控制膜片下料情况，该方法使用范围广，工艺简单，易于控制。
附图说明
[0024]
图1：膜组件的尺寸示意图；
[0025]
图2：膜片在淡水隔网上的放置示意图；
[0026]
图3：膜片对折及夹进水隔网示意图；
[0027]
图4：实施例1膜组件的结构示意图；
[0028]
图5：实施例2膜组件与产水收集管卷制后的结构示意图。
具体实施方式
[0029]
下面进一步描述本发明的技术方法，但本发明的权利要求保护范围并不局限于本实施例中列举的内容。
[0030]
实施例1
[0031]
一种反渗透及纳滤复合膜组件按照淡水隔网、膜片i、淡水隔网、膜片ⅱ依次叠放组成；所述膜片i沿长度方向对折后夹有进水隔网；所述膜片ⅱ沿长度方向对折后夹有进水隔网。
[0032]
实施例2
[0033]
一种反渗透及纳滤复合膜组件的制备方法，包括以下步骤：
[0034]
1)根据膜系统的设计水量、水质、回收率及通量设计导则确定膜组件面积和规格型号；所述规格型号包括膜组件外径d2(mm)、长度l(mm)、产水收集管外径d1(mm)、进水隔网厚度δ1(mm)、产水隔网厚度δ2(mm)；
[0035]
2)根据膜系统的设计需求，匹配膜组件的测试标准及目标通量f(l/m2*h)、和截留率r(％)；
[0036]
3)根据步骤2)中的设计通量f和r，选择通量及截留率分别接近f和r的膜片ⅰ及膜片ⅱ，通量分别计为f1，f2，截留率分别计为r1，r2；并测量膜片的厚度为δ(mm)；
[0037]
4)计算进水隔网、淡水隔网的用量x(m)及膜片的使用量为x(m)，并将进水、淡水隔网及膜片的宽度按l尺寸下料；其中x按下式计算：
[0038][0039]
5)计算膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1(m)及x2(m)，膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1、x2按如下公式计算：
[0040][0041]
6)将步骤5)中的膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量x1及x2按下料尺寸y(mm)进行下料，分别分成b1及b2份；进水隔网及淡水隔网的下料尺寸为y/2；
[0042][0043]
7)将下料后的膜片ⅰ沿长度方向对折后再把进水隔网夹在膜片ⅰ的中间，备用；同时将下料后的膜片ⅱ沿长度方向对折后再把进水隔网夹在膜片ⅱ的中间；
[0044]
8)将淡水隔网均匀焊接在产水收集管上，然后按照“淡水隔网-膜片
ⅰ‑
淡水隔网-膜片
ⅱ”
的顺序先将步骤7)中的膜片ⅰ靠产水收集管侧对齐放在淡水隔网上，再在膜片ⅰ上放置淡水隔网，然后将膜片ⅱ靠产水收集管侧对齐放在淡水隔网上，并在膜片边缘适当位置涂适量的胶粘剂经卷制工艺成型后获得膜组件；所述“淡水隔网-膜片
ⅰ‑
淡水隔网-膜片
ⅱ”
为单体膜组件，可放置数个单体膜组件。
[0045]
步骤3)所述的膜片ⅰ及膜片ⅱ截留率及通量满足如下关系r∈(r1，r2)，f∈(f1，f2)，即r与f均在膜片ⅰ及膜片ⅱ的通量和截留率的范围内。
[0046]
步骤6)所述膜片ⅰ及膜片ⅱ的下料尺寸y需使得b1、b2为整数，同时满足b1和b2之间的差最小。
[0047]
实施例3
[0048]
一种用于高浓度cacl2浓缩，型号为8040的卷式纳滤膜，其可将cacl2溶液浓缩到230g/l，对应性能为f＝62.3(l/m2*h)，截留率r＝71％；其性能测试标准如表1：
[0049]
表1纳滤膜组件的测试标准
[0050]
测试液驱动压力/mpa温度/℃回收率％ph2g/l mgcl2溶液0.725156.5
[0051]
通过统计现有纳滤或反渗透膜片的性能，优选出通量及截留率分别接近型号为8040的卷式纳滤膜的通量及截留率的膜片ⅰ和膜片ⅱ，然后采用这两种性能不同的膜片可制备成上述型号为8040的卷式纳滤膜的膜组件，膜片的性能的按表1标准测试，测试得到的膜片性能如下表：
[0052]
表2所选膜片的标准性能
[0053]
性能通量l/m2*h截留率％膜片ⅰ38.799.4膜片ⅱ84.260
[0054]
组件材料厚度及产水收集管的外径等参数如表3，膜组件的尺寸示意图如图1所示；
[0055]
表3 8040膜组件隔网及外径参数
[0056][0057]
根据和x2＝x-x1计算：
[0058]
膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量分别为22.15m及20.45m，下料尺寸为1704mm*1016mm，分别均分成13分及12分；进水隔网及淡水隔网用量均为21.3m，下料尺寸为852mm*1016mm，分别均分成25分；
[0059]
所述膜组件中淡水隔网焊接在产水收集管上，膜片组件对齐放在淡水隔网上，并在淡水隔网边沿处涂适量胶水经卷制工艺成型获得膜组件，如图2所示；所述膜片组件由夹有进水隔网的膜片ⅰ与夹有进水隔网的膜片ⅱ交叉叠放而成；所述进水隔网夹于膜片ⅰ或膜片ⅱ沿长度方向对折后的中间，如图3所示。
[0060]
实施例4
[0061]
一种用于高浓度nacl溶液浓缩，型号为8040卷式宽流道反渗透膜。系统设计需为求将浓缩液中的nacl的浓度提高到110g/l。测试标准为2g/l的nacl溶液，对应的设计通量f＝50.4(l/m2*h)，截留率r＝82％。其性能测试标准如表4：
[0062]
表4宽流道反渗透膜组件的测试标准
[0063]
测试液驱动压力/mpa温度/℃回收率％ph2g/l nacl溶液1.0325156.5
[0064]
选择性能不同的纳滤膜片ⅰ和膜片ⅱ来制备该纳滤膜组件，膜片的性能的按表4标准测试，测试得到的膜片性能如下表：
[0065]
表5高浓度nacl浓缩膜组件所选膜片的标准性能
[0066]
性能通量l/m2*h截留率％膜片ⅰ44.699.2膜片ⅱ57.358
[0067]
组件材料厚度及产水收集管的外径等参数如表6，膜组件的尺寸示意图如附图1所示；
[0068]
表6 8040膜组件隔网及外径参数
[0069][0070]
根据和x2＝x-x1计算：
[0071]
膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量分别为27.12m及15.8m，下料尺寸为2260mm*1016mm，分别均分成12分及7分；进水隔网及淡水隔网使用量均为21.47m，下料此尺寸为1130mm*1016mm，均分成19分；
[0072]
所述膜组件中淡水隔网焊接在产水收集管上，并按淡水隔网—膜片ⅰ—淡水隔网—膜片ⅱ—淡水隔网的顺序将膜片靠产水收集管侧对齐叠放在淡水隔网上，并在淡水隔网边沿处涂适量胶粘剂经卷制工艺成型获得膜组件，如图2所示；所述膜片ⅰ及膜片ⅱ均夹有进水隔网；所述进水隔网夹于膜片ⅰ或膜片ⅱ沿长度方向对折后的中间，如图3所示。
[0073]
实施例5
[0074]
一种商用反渗透复合膜组件，型号为4040的反渗透膜。对应性能为：通量f＝30.4(l/m2*h)，截留率r＝99％。其性能测试标准如表7
[0075]
表7商用反渗透膜组件的测试标准
[0076]
测试液驱动压力/mpa温度/℃回收率％ph1.5g/l nacl溶液1.0325156.5
[0077]
通过统计现有反渗透膜片的性能，优选出通量及截留率分别接近该4040商用膜组件通量及截留率的膜片ⅰ和膜片ⅱ，然后采用这两种性能不同的膜片可制备成上述型号为4040的卷式膜组件，膜片的性能的按表7标准测试，测试得到的膜片性能如下表：
[0078]
表8商用4040膜组件所选膜片的标准性能
[0079]
性能通量l/m2*h截留率％膜片ⅰ2799.6膜片ⅱ3498.2
[0080]
组件材料厚度及产水收集管的外径等参数如表9，膜组件的尺寸示意图如附图1所示；
[0081]
表9商用4040膜组件隔网及外径参数
[0082]
[0083]
根据和x2＝x-x1计算：
[0084]
膜片ⅰ及膜片ⅱ的用量分别为6.6m及4.4m，下料尺寸为2200mm*1016mm，分别均分成3分及2分；进水隔网及淡水隔网使用量均为5.5m，下料尺寸为1100mm*1016mm，分别均分成5分；
[0085]
所述膜组件中淡水隔网焊接在产水收集管上，并按淡水隔网—膜片ⅰ—淡水隔网—膜片ⅱ—淡水隔网的顺序将膜片靠产水收集管侧对齐叠放在淡水隔网上，并在淡水隔网边沿处涂适量胶粘剂经卷制工艺成型获得膜组件，如图2所示；所述膜片ⅰ及膜片ⅱ均夹有进水隔网；所述进水隔网夹于膜片ⅰ或膜片ⅱ沿长度方向对折后的中间，如图3所示。
[0086]
注：膜组件的卷至过程中，胶粘剂自身有一定厚度，但小于单分材料厚度之和(δ1+δ2+2δ)的1％，所以在作材料用量的理论计算时已忽略。
[0087]
以上所述仅是本发明实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。