專利名稱：一種用于膜蒸餾的管狀膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于膜蒸餾的管狀膜制備方法，涉及一種靜電紡絲管狀膜制備方法，涉及一種納米纖維管狀膜制備方法，屬于膜科學(xué)和膜材料制備及膜蒸餾領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜技術(shù)隨工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在許多領(lǐng)域用途越來(lái)越廣泛。膜組件有板框式、 管狀式、中空纖維式、螺旋卷繞式等。管狀膜組件由于能有效地控制濃差極化，流動(dòng)狀態(tài)好， 可大范圍調(diào)節(jié)流速；膜生成污垢后容易清洗；對(duì)料液預(yù)處理要求不高，被廣泛應(yīng)用。常規(guī)的管狀膜制備方法在教科書(shū)中都可以看到，如安樹(shù)生主編的“膜科學(xué)技術(shù)實(shí)用教程”化學(xué)工業(yè)出版社2005年2月版第22至M頁(yè)有較詳?shù)臄⑹?。其方法主要點(diǎn)是在多孔的圓形支撐體上涂敷上一層適當(dāng)厚度的高分子材料，干燥成膜而成。這種方法一直緣用至今，并無(wú)突破性改變。常規(guī)制備管狀膜方法的缺點(diǎn)1、設(shè)備投資高、操作費(fèi)用大。2、與板式膜組件比，膜的制備條件較難控制，而且管口密封較困難。3、管狀膜孔隙率低，且不易控制。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)管狀膜常規(guī)制備方法存在的缺點(diǎn)，提出一個(gè)設(shè)備投資少、工藝簡(jiǎn)單易操作、制成的管狀膜孔隙率高的制膜方案。本方案是采用靜電紡絲制膜法將適合用于膜蒸餾的高分子材料溶液噴涂在管狀支撐上，形成管狀均勻的膜層。其設(shè)備是靜電紡絲管狀膜制備裝置，膜的接收系統(tǒng)為多個(gè)各自旋轉(zhuǎn)的支撐管。選擇制作管狀膜的支撐管2若干支，其直徑Φ10-20πιπι。如圖標(biāo)明，2b為篩網(wǎng)管， 長(zhǎng)度為300-1000mm。加為兩段與篩網(wǎng)管2b連接的金屬管，長(zhǎng)度按需要而定。為了制作真空膜蒸餾裝置的需要，其中一段金屬管頂端是封閉的。支撐管圍繞一個(gè)中心圓輥1表面排列，并緊貼表面。設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)度與篩網(wǎng)管2b相匹配的中心圓輥1，直徑Φ400-600πιπι，表面附上一層聚合物材料，以增加表面摩擦力。其作用是當(dāng)中心圓輥1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)支撐管2轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)在支撐管上形成的膜起到調(diào)理作用。設(shè)計(jì)一個(gè)圓形支架3，其作用是支撐和限定支撐管2的兩端，其直徑大小要求能使支撐管表面與中心圓輥表面接觸。圓形支架3與支撐管2應(yīng)是滑動(dòng)配合，當(dāng)中心圓輥1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)支撐管2相對(duì)圓形支架3轉(zhuǎn)動(dòng)。中心圓輥1轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)噴頭4高分子溶液噴量、中心圓輥直徑和支撐管直徑比例關(guān)系調(diào)節(jié)，目的是要求支撐管2接收的膜均勻。同時(shí)圓形支架3相對(duì)中心圓輥1作同心轉(zhuǎn)動(dòng)， 以便各個(gè)支撐管都能均勻地接收到噴絲膜。其轉(zhuǎn)速可調(diào)，一般要比中心圓輥的轉(zhuǎn)速低。圓形支架的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了支撐管在噴絲范圍內(nèi)停留時(shí)間，關(guān)系到管狀膜的厚度，根據(jù)管狀膜厚度要求調(diào)節(jié)圓形支架3的轉(zhuǎn)速。


圖1為膜蒸餾的管狀膜制備裝置示意圖，1為中心圓輥，2為支撐管，3為圓形支架， 4為靜電紡絲噴頭。圖2為管狀膜的支撐管示意圖，2a為兩段與篩網(wǎng)管連接的金屬管，2b為篩網(wǎng)管。
具體實(shí)施例方式在制作管狀膜之前，首先選擇適合用于膜蒸餾的材料。膜蒸餾的膜材料應(yīng)是具有疏水性質(zhì)，如果具有超疏水性更好。在疏水性材料中以聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯為首選材料。為方便靜電紡絲，選擇聚偏氟乙烯(PVDF)分子量在60-80萬(wàn)為適宜。將PVDF 溶于甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺(DMF)或DMF與丙酮的混合溶劑中，配成8-10%的溶液。 由于是靜電紡絲制膜，對(duì)于PVDF溶液體系，噴頭應(yīng)接負(fù)高壓直流電源，而正端接地。管狀制膜裝置的接絲系統(tǒng)、中心圓輥、圓形支架都必須很好地接地。同時(shí)要控制電紡環(huán)境溫度和濕度，溫度過(guò)低易造成電紡絲膜不干而使纖維粘接在一起，映響膜的多孔性。溫度過(guò)高易使噴頭長(zhǎng)胡須，影響電紡穩(wěn)定性，同時(shí)易造成飛花。一般溫度控制在30-50°C，視電紡液溶劑揮發(fā)程度而定。當(dāng)濕度太大時(shí)，由于電紡過(guò)程溶劑揮發(fā)吸熱，空氣中水蒸氣冷凝而成水。由此破壞了電紡的電場(chǎng)條件，并使膜不能很好地附在支撐體上。因此，最好將濕度控制在40%以下。實(shí)例將分子量為60萬(wàn)的PVDF溶于DMF與丙酮的混合溶劑中，濃度為每IOOml混合溶劑中l(wèi)OgPVDF。為了得到高孔隙率的膜，選擇混合溶劑的體積比DMF占60%。恒溫40°C下攪拌，使PVDF分子在混合溶劑中得到最佳的伸展。用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量溶液粘度，當(dāng)粘度達(dá)到最大時(shí)，表明高分子PVDF分子在混合溶劑中得到最佳的伸展。此時(shí)溶液可以待用，進(jìn)入靜電紡絲操作。當(dāng)操作室溫度達(dá)到30°C，濕度在40%以下，進(jìn)行靜電紡絲。調(diào)節(jié)中心圓輥 1的轉(zhuǎn)速，使沉積在支撐管上的膜均勻。調(diào)節(jié)圓形支架3的轉(zhuǎn)速，使每個(gè)支撐管上沉積的膜厚相同。當(dāng)支撐管外層用于膜蒸餾的膜層厚度達(dá)到要求時(shí)，終止靜電紡絲操作。從圓形支架3取下膜管，經(jīng)過(guò)適當(dāng)整理，最重要的是將膜層兩端與支撐管的金屬管加密封好。密封方法可以用PVDF溶液，也可用熱熔膠等。由這種方法制得的膜蒸餾管狀膜，膜層是由一種納米纖維構(gòu)成的，因此可稱作膜蒸餾納米纖維管狀膜。膜的孔隙率可以達(dá)到50-80%。工業(yè)實(shí)用性靜電紡絲管狀膜的制備方法不僅適合于制備膜蒸餾管狀膜，也可適合于制備管狀超濾膜、管狀納濾膜、管狀微濾膜。與傳統(tǒng)制備方法相比，有設(shè)備投資少、工藝簡(jiǎn)單易操作、 管口密封容易、膜的孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于膜蒸餾的管狀膜制備方法，其設(shè)備是靜電紡絲管狀膜制備裝置，其特征在于膜的接收系統(tǒng)為多個(gè)各自旋轉(zhuǎn)的支撐管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于支撐管(2)直徑Φ10-20πιπι，篩網(wǎng)管(2b)長(zhǎng)度為300-1000mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于支撐管( 的Oa)兩段為與篩網(wǎng)連接的金屬管，長(zhǎng)度按需要而定，其中一段金屬管頂端是封閉的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于支撐管O)圍繞一個(gè)中心圓輥(1)表面排列，并緊貼表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于支撐管O)的兩端由圓形支架 (3)支撐和限定，(3)的直徑大小要求能使支撐管表面與中心圓輥表面接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于中心圓輥(1)長(zhǎng)度與篩網(wǎng)管 (2b)相匹配，直徑Φ400-600πιπι，表面附上一層聚合物材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于中心圓輥(1)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)支撐管(2)相對(duì)圓形支架C3)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度根據(jù)噴頭(4)高分子溶液噴量、中心圓輥直徑和支撐管直徑比例關(guān)系調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀膜制備裝置，其特征在于圓形支架C3)相對(duì)中心圓輥 (1)作同心轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速根據(jù)管狀膜厚度要求調(diào)節(jié)，一般要比中心圓輥轉(zhuǎn)速低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于膜蒸餾的管狀膜制備方法，涉及一種納米纖維管狀膜制備方法。本發(fā)明針對(duì)管狀膜常規(guī)制備方法存在的缺點(diǎn)，提出一個(gè)設(shè)備投資少、工藝簡(jiǎn)單易操作、制成的管狀膜孔隙率高的制膜方案。本方案是采用靜電紡絲制膜法將適合用于膜蒸餾的高分子材料溶液噴涂在管狀支撐上，形成管狀均勻的膜層。其設(shè)備是靜電紡絲管狀膜制備裝置，膜的接收系統(tǒng)為多個(gè)各自旋轉(zhuǎn)的支撐管。支撐管圍繞一個(gè)中心圓輥表面排列，并緊貼表面。一個(gè)圓形支架支撐和限定支撐管兩端。中心圓輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)支撐管相對(duì)圓形支架轉(zhuǎn)動(dòng)，圓形支架相對(duì)中心圓輥?zhàn)魍霓D(zhuǎn)動(dòng)，靜電紡絲在支撐管上形成均勻的納米纖維管狀膜。
文檔編號(hào)C08J5/18GK102284404SQ20101020203
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者劉冉, 劉鋼 申請(qǐng)人:北京承峰納泰科技有限公司