專利名稱：環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及以超聲波防止無機(jī)膜污染的無機(jī)膜分離器，適用于工業(yè)廢水處理及其他 行業(yè)中兩相體系的液固分離。
背景技術(shù)：
無機(jī)膜分離是近幾十年迅速發(fā)展的一種新型分離技術(shù)，因具有分離效率高，強(qiáng)度大，耐 酸堿等優(yōu)點(diǎn)受到人們廣泛關(guān)注。但在實(shí)際應(yīng)用時，膜通量會隨著時間的延長而逐漸下降。研 究表明膜污染與濃差極化現(xiàn)象是導(dǎo)致膜通量下降的主要原因。因此，在膜管使用一段時間 后，需加入一定的化學(xué)試劑對其進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗雖能在一定程度上提高膜通量，但 同時也帶來了二次污染，且化學(xué)試劑容易損壞膜管，縮短膜管的使用壽命，化學(xué)清洗還增加 了操作的繁瑣，增加操作成本。
為解決膜污染與濃差極化帶來的問題，國內(nèi)外許多專家與學(xué)者將超聲場與膜分離技術(shù)相 結(jié)合，研究了超聲強(qiáng)化膜分離過程的影響。如TakaomiKobayashi等研究了超聲場強(qiáng)化PAN 膜等有機(jī)膜微濾蛋白胨時，結(jié)果表明超聲能有效控制蛋白胨對PAN膜等有機(jī)膜的污染，提高 膜通量。Simon等人將超聲應(yīng)用于P/。的葡聚糖的超濾過程，膜通量提高了3倍。但張國俊， 劉忠洲等在考察超聲波清洗對中空纖維膜超濾膜損傷時，認(rèn)為超聲波對膜的損傷程度與超聲 功率大小密切相關(guān)，功率大于30W后，超濾膜截留率下降明顯，特別是在超聲波功率大于50W 后，實(shí)驗(yàn)中可用肉眼觀察到膜表面的針孔現(xiàn)象。因此，在采用超聲波來清洗超濾膜或用超聲 波作為強(qiáng)化滲透的一種手段時，超聲波對有機(jī)膜的損傷是一個不可忽視的問題。
實(shí)際上，超聲對無機(jī)膜的損傷較小。張旭等人研究發(fā)現(xiàn)在CoX催化苯乙烯氧化-膜分離 耦合連續(xù)反應(yīng)過程中，將運(yùn)行后膜通量下降后的膜管取出浸入裝有溶劑的燒杯中，將燒杯放 入超聲振蕩器中超聲5min，超聲頻率為40KHz,膜通量可得到完全恢復(fù)。陶玲、邢衛(wèi)紅用 陽極氧化鋁無機(jī)陶瓷膜過濾牛血清白蛋白溶液后，超聲清洗10min，純水通量可以恢復(fù)到新 膜的75 %。
但是，將超聲與無機(jī)膜分離技術(shù)相結(jié)合的分離器迄今未見報導(dǎo)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對膜污染與濃差極化現(xiàn)象，提供一種環(huán)套式超聲場 強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，以便有效控制膜污染、減輕濃差極化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)在線提高膜通量，延長 無機(jī)膜的使用壽命，簡化操作工序，減少操作成本。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用環(huán)套的結(jié)構(gòu)形式，環(huán)狀超 聲換能器安裝在膜管與膜組件之間或套裝在膜組件的外周，并通過固定支架與膜組件相連， 料液入口和截留液出口分別為膜組件的上端口和下端口，滲透液出口位于膜組件的外周側(cè) 部，所述膜組件內(nèi)部安裝膜管，外部通過連接件與系統(tǒng)管路連接；膜管為單通道或多通道無 機(jī)陶瓷膜管，陶瓷膜為無機(jī)材料制備的多孔膜。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述環(huán)狀超聲換能器采用環(huán)狀壓電元件，所述環(huán)狀壓電元件的頻率為20 KiHz-100 KHz 連續(xù)可調(diào)，功率為0-600 W連續(xù)可調(diào)。
所述超聲換能器的軸向長度為100mm-1000mm，其沿軸向?yàn)楠?dú)段，或?yàn)槎喽伍g隔設(shè)置， 各段具有相同的頻率和功率參數(shù)。
所述多段間隔設(shè)置的超聲換能器各段之間的安裝間隔為20 mm-100 mm。
所述陶瓷膜是由A1203、 Zr02、 Ti02或Si02無機(jī)材料制備的多孔膜。
與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在
1、 本實(shí)用新型利用超聲場引起膜表面的振動、超聲空化、聲流、以及輻射壓等因素以 強(qiáng)化膜分離過程。超聲引起膜表面的震動能使吸附在膜表面的顆粒脫落。超聲空化現(xiàn)象是在 液體中常見的一種物理現(xiàn)象，在液體中由于渦流或超聲波等物理作用，某些地方形成局部的 暫時負(fù)壓區(qū)，從而引起液體的斷裂，形成微小的空泡或氣泡。液體中產(chǎn)生的這些空泡或氣泡 處于非穩(wěn)定狀態(tài)，有初生、發(fā)育和隨后迅速閉合的過程。當(dāng)它們迅速閉合破滅時，會產(chǎn)生微 激波，能夠除去或削弱層流底層的厚度，同時空泡還能"鉆入"裂縫中做振動，使污層脫落。 聲流和輻射壓是大振幅波在媒介中傳播時產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象。空化氣泡在振蕩過程中會使液 體媒介本身產(chǎn)生一種環(huán)流，即所謂的聲流。它可使振動氣泡表面處存在很高的速度梯度和粘 滯力，促使膜表面的污物的破壞和脫落，從而控制膜污染，減輕濃差極化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)在線提 高膜通量，延長無機(jī)膜的使用壽命，簡化操作工序，減少操作成本。
2、 本實(shí)用新型利用無機(jī)膜強(qiáng)度大的特點(diǎn)，能夠承受超聲所產(chǎn)生的機(jī)械作用和空化效應(yīng)， 避免膜面的損壞。
3、 本實(shí)用新型采用環(huán)套的結(jié)構(gòu)形式，超聲波沿垂直于膜管表面的方向發(fā)射，有利于減 輕膜污染與濃差極化。同時環(huán)套結(jié)構(gòu)的超聲波換能器能夠有效增大換能器的輻射面積，從而 改善換能器的阻抗匹配。便于其廣泛應(yīng)用于超聲清洗等領(lǐng)域。
4、 本實(shí)用新型因其可以有效的控制膜污染和濃差極化，因此可以應(yīng)用于膜法可以分離 但是因其高污染、難清洗而嚴(yán)重而影響分離生產(chǎn)的體系；對超聲敏感的體系，通過超聲的氧化降解作用改變體系的組成，實(shí)現(xiàn)分離；也可以應(yīng)用于對化學(xué)清洗劑不穩(wěn)定的體系。


圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號l料液入口、 2密封圈、3固定支架、4環(huán)狀超聲換能器、5膜組件、6膜管、 7滲透液出口、 8截留液出口。
以下通過具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
具體實(shí)施方式
參見圖l，采用環(huán)套的結(jié)構(gòu)形式，環(huán)狀超聲換能器4套裝在膜管6與膜組件5之間，或 套裝在膜組件5的外周，料液入口 l和截留液出口8分別為膜組件5的上端口和下端口，滲 透液出口7位于膜組件5的外周側(cè)部，膜組件5是支撐、安裝膜管的殼體， 一般采用金屬制 造，膜組件內(nèi)部安裝膜管，外部通過連接件與系統(tǒng)的管路連接；膜管6為單通道無機(jī)陶瓷膜 管，陶瓷膜可以是Al203， Zr02， Ti02和Si02等無機(jī)材料制備的多孔膜；在分別位于料液入 口 1和截留液出口 8的位置處，膜組件5與膜管3之間設(shè)置密封圈2。
具體實(shí)施中也包括
環(huán)狀超聲換能器4是套裝在膜管6與膜組件5之間，或套裝在膜組件5的外周，環(huán)狀壓 電元件的頻率為應(yīng)設(shè)置為20 KHz-100 KHz連續(xù)可調(diào)，功率為0-600 W連續(xù)可調(diào)。
設(shè)置環(huán)狀超聲換能器4的軸向長度為100mm-1000mm，沿軸向?yàn)閳D1所示的獨(dú)段，或 為圖2所示多段間隔設(shè)置，各段具有相同的頻率和功率參數(shù)，對于多段式間隔設(shè)置的結(jié)構(gòu)形 式，各段之間的安裝間隔為20mm-100mm。
實(shí)施例1:
本實(shí)施例環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，環(huán)狀超聲換能器4 的長度為400mm，內(nèi)徑為34mm,外徑為40 mm，套裝在膜管6與膜組件5之間。陶瓷膜 為19通道陶瓷膜，直徑為30mm，長500 mm，有效面積為0.1 m2 。膜組件5的長度為500 mm，夕卜徑45mm， 內(nèi)徑40mm。
在操作壓力為0.1 MPa，錯流速度為1.0m.s—1，超聲功率為180W，頻率為21 KHz，反 沖壓力為0.6 MPa,反沖時間為3 s，反沖周期為10 min的條件下，考査環(huán)套式超聲場強(qiáng)化 無機(jī)膜分離器對分離粉體顆粒Ti02的影響，結(jié)果顯示環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器使 得膜滲透通量提高約25 % - 28 %左右。 實(shí)施例2:本實(shí)施例環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，每段超聲換能器的長 度為100mm，共三段，套裝在膜管6與膜組件5之間，其間距為70mm,內(nèi)徑為58mm， 外徑為62mm。陶瓷膜為單通道陶瓷膜，陶瓷膜為單通道，外徑56 mm，內(nèi)徑40mm，長 500 mm，膜管有效面積為0.064 m2;膜組件長500mm，外徑67mm，內(nèi)徑62mm，膜管的 平均孔徑為0.2 um。
在操作壓力為O.lMPa，錯流速度為l.Om.s"，超聲功率180W，頻率為21KHz，反沖壓 力為0.6MPa，反沖時間為3s，反沖周期為10min的條件下。環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離 器對分離粉體顆粒Ti02的影響，結(jié)果顯示環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器使得膜滲透通 量提高約20%左右。
權(quán)利要求1、環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，其特征是采用環(huán)套的結(jié)構(gòu)形式，環(huán)狀超聲換能器(4)安裝在膜管(6)與膜組件(5)之間或套裝在膜組件(5)的外周，并通過固定支架(3)與膜組件(5)相連，料液入口(1)和截留液出口(8)分別為膜組件(5)的上端口和下端口，滲透液出口(7)位于膜組件(5)的外周側(cè)部，所述膜組件(5)內(nèi)部安裝膜管(6)，外部通過連接件與系統(tǒng)管路連接；膜管(6)為單通道或多通道無機(jī)陶瓷膜管，陶瓷膜為無機(jī)材料制備的多孔膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，其特征是所述環(huán)狀超聲換 能器(1)采用環(huán)狀壓電元件，所述環(huán)狀壓電元件的頻率為20KHz-100KHz連續(xù)可調(diào)，功率 為0-600 W連續(xù)可調(diào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，其特征是所述超聲換能器 (4)的軸向長度為100 mm-1000 mm，其沿軸向?yàn)楠?dú)段，或?yàn)槎喽伍g隔設(shè)置，各段具有相同的頻率和功率參數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，其特征是所述多段間隔設(shè) 置的超聲換能器(4)各段之間的安裝間隔為20mm-100mm。
專利摘要環(huán)套式超聲場強(qiáng)化無機(jī)膜分離器，其特征是采用環(huán)套的結(jié)構(gòu)形式，環(huán)狀超聲換能器安裝在膜管與膜組件之間或套裝在膜組件的外周，并通過固定支架與膜組件相連，料液入口和截留液出口分別為膜組件的上端口和下端口，滲透液出口位于膜組件的外周側(cè)部，膜組件內(nèi)部安裝膜管，外部通過連接件與系統(tǒng)管路連接；膜管為單通道或多通道無機(jī)陶瓷膜管，陶瓷膜為無機(jī)材料制備的多孔膜。本實(shí)用新型利用超聲波在液體傳播中表現(xiàn)的機(jī)械作用、空化效應(yīng)，解決了膜污染、濃差極化問題，有效提高在線膜管的滲透通量、延長無機(jī)膜的使用壽命、簡化操作工序、提高分離效率。
文檔編號C02F1/44GK201264931SQ200820040140
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者鵬 崔, 趙先治, 陳桂娟 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)