專利名稱：一種分離膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非對稱分離膜，尤其涉及其宏觀表面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
膜分離是一項新興的高效分離技術(shù)，在化工、輕工、醫(yī)藥、食品和環(huán)境治 理領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。該技術(shù)應(yīng)用過程中的一個主要問題是濃差極化、溫差極化 (特別是針對有相變的分離過程，比如滲透汽化)以及由此造成的膜污染及分 離效率的降低。針對這些問題，國內(nèi)外許多專家和學(xué)者結(jié)合過程的具體情況， 為減少乃至消除濃差極化和膜污染的影響，采取了多種形式的措施和控制方法。 其中，加設(shè)湍流促進器的方法，即可強化流態(tài)的多種障礙物，由于設(shè)備簡便、 方法簡單、能耗較低、促湍效果明顯，受到越來越廣泛的重視。
名稱為"附加湍流器強化陶瓷膜微濾過程的研究"(《化工機械》1997年 第24巻，第6期，315 318頁)和"陶瓷微濾膜處理鈦白粉水洗液的過程強化 研究"(《高校化學(xué)工程學(xué)報》1999年10月，第13巻第5期，421 427頁) 的科技論文以及專利號為00241072.9的中國實用新型專利均對此方法應(yīng)用作出 了詳盡的描述和討論。從這些文獻也可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中通用的方法是添加 湍流促進器，并將其放置在主體流中間，以促進湍流的產(chǎn)生。這樣的做法雖然 可以達減少沉積和消除濃差極化的目的，但仍存在一些問題需要進一步改進， 首先，湍流促進器的固定難度較高，尤其是應(yīng)用于一些空間本身比較狹窄的組 件時，若不能穩(wěn)妥地固定，其晃動可能對分離膜造成損傷；其次，湍流促進器 放置在主體流中間，因分離原料物的性質(zhì)不同，對湍流促進器的材質(zhì)要求不同， 當(dāng)然往往需要它們可以耐酸、耐堿，甚至需要滿足一些非常特別的要求，如此 一來，湍流促進器的制造成本很高，難于推廣利用。
在當(dāng)今的以多孔載體為支撐層的復(fù)合膜技術(shù)領(lǐng)域，具有實用意義的為管狀 膜，但其突出的缺點是面積-體積比低以及由此而導(dǎo)致的成本較高。目前對此的解決方案主要是開發(fā)多通道膜和中孔纖維膜，這兩類方案的研發(fā)生產(chǎn)成本均較 高，組件構(gòu)建中密封難度很高，很難再廣泛的領(lǐng)域取得大規(guī)模的應(yīng)用，因此如 果可以通過簡便有效的方法提高現(xiàn)有管狀膜的有效分離面積，從而提高膜組件 的面積-體積比，具有十分重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分離膜，該膜可以在不加設(shè)額外裝置的前提下， 簡單有效地解決濃差極化、溫差極化等問題，并增加了有效分離面積。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型的分離膜，該分離膜表面有紋路。 本發(fā)明中紋路的設(shè)計是為了促進膜分離過程中湍流的產(chǎn)生，通過原料液體系內(nèi) 不穩(wěn)定流體的流動來以強化傳質(zhì)過程，進而減小濃差極化或溫差極化的影響。 容易理解，任意凹凸結(jié)構(gòu)的紋路均可以不同程度地促使湍流的產(chǎn)生，波紋狀、
點狀突起、線狀突起的紋路以及管狀分離膜上的螺紋是較常用的紋路結(jié)構(gòu)；借 鑒現(xiàn)有技術(shù)中對湍流促進器的研究結(jié)果，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過有限次數(shù)的實 驗即可確定分離膜表面紋路設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
本發(fā)明的設(shè)計優(yōu)選地應(yīng)用于非對稱分離膜，此類分離膜包括分離層和載體 層，載體層表面有紋路，分離層均勻涂覆于與紋路同側(cè)的載體層表面。在非對 稱分離膜中應(yīng)用促湍流紋路的設(shè)計，除了上述的強化傳質(zhì)過程、進而減小濃差 極化或溫差極化的影響的作用以外，還增大了有效膜面積，提高分離效率。為 了強化這個作用，本發(fā)明的設(shè)計更優(yōu)選的是應(yīng)用于載體層是僅具有支撐作用而 不具有分離作用的多孔載體層，即被分離物質(zhì)分子在支撐層中傳輸阻力可忽略。
更優(yōu)選地，本發(fā)明的分離膜是指管狀非對稱膜管，管狀載體層內(nèi)/外表面有 紋路，分離層均勻涂覆于與紋路同側(cè)的載體層表面。其中，所述的載體層優(yōu)選 多孔陶瓷載體或多孔不銹鋼載體。
本發(fā)明同時還提供了上述分離膜的制備方法，是首先制備具有紋路的載體 層，再在與紋路同側(cè)的載體表面制備均勻涂覆的分離層。非常重要的是保證分 離層在載體層表面涂覆均勻。
本發(fā)明的分離膜增加了膜表面紋路的設(shè)計，分離過程中，原料液流經(jīng)分離 膜表面時，在這些紋路的影響下產(chǎn)生湍流，進而促進原料液體系內(nèi)部不穩(wěn)定流體的流動、強化傳質(zhì)過程，進而減小濃差極化或溫差極化的影響；同時，紋路 的存在還增大了有效分離面積、提高分離效率。


本發(fā)明附圖3幅，
圖1是實施例1所述的分離膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是實施例2所述的分離膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是實施例3所述的分離膜的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1、載體層，2、分離層，3、紋路。
具體實施方式
實施例l
采用流延成形法制備多孔氧化鋁陶瓷平板坯膜，在其表面制出線狀突起的 紋路，經(jīng)過高溫焙燒制得具有紋路的多孔陶瓷載體。采用濃度為6X(wt)的PVA 膜液，進行涂膜；靜置時間為3min，放空時間為2min;干燥時間為2h，熱空氣 入口溫度為55'C，氣量為4m3/^熱處理時間為lh，熱空氣入口溫度為140°C， 氣量為4m3/h，后經(jīng)馬來酸交聯(lián)，由此制得表面均勻涂覆一層PVA分離層的非 對稱平板狀分離膜。其結(jié)構(gòu)如附圖1所示。
以同樣方法制備不帶紋路的PVA—多孔氧化鋁陶瓷分離膜為對照，將上述 制得的膜用于醇濃度95% (wt)的乙醇水體系的滲透汽化分離實驗，料液溫度 為65"C，膜后真空度為300Pa。對照組的普通PVA—多孔氧化鋁陶瓷分離膜分 離系數(shù)為65;滲透通量為318g/n^h;本發(fā)明的帶紋路的PVA—多孔氧化鋁陶瓷 分離膜的分離系數(shù)為80;滲透通量為360g/m2-h。 實施例2
采用等靜壓成型法制備外表面具有波紋狀紋路的多孔不銹鋼坯管，經(jīng)高溫 燒結(jié)后得到具有紋路的多孔不銹鋼載體。以氯化鈀為鈀源(6g/L)，肼為還原劑 (分批加入0.1mol/L)，在6(TC下化學(xué)鍍30小時，即可得到表面均勻涂覆一層鈀 分離層的非對稱管狀分離膜。其結(jié)構(gòu)如附圖2所示。
以同樣方法制備不帶波紋的鈀一多孔不銹鋼管狀分離膜，將上述制得的膜
5用于50(TC下IVN2分離實驗。對照組的普通鈀一多孔不銹鋼管狀分離膜H2/N2 選擇性為131， H2通量為90 m3/ (m、h)本發(fā)明的帶波紋的鈀一多孔不銹鋼 管狀分離膜的H2/N2選擇性為130, H2通量為107 m3/ (m2.h)。 實施例3
采用擠出成型法制備外表面具有螺紋狀紋路的多孔氧化鋁坯管，經(jīng)高溫?zé)?結(jié)后得到外表面具有紋路的多孔氧化鋁載體。利用微波原位合成技術(shù)在該載體 外表面均勻涂覆一層NaA型分子篩分離層，具體步驟如下合成液的摩爾組成 為5SiO2:Al2O3:50Na2O: 1000H2O。在微波加熱合成前，將放有陶瓷載體和 合成液的反應(yīng)釜放入烘箱中于5(fC老化7小時，然后置于微波爐(工作頻率 2450MHz)中進行晶化，60秒內(nèi)迅速升溫至9(fC,然后在90°C保持25分鐘。 合成完畢后，分子篩膜用去離子水洗滌至中性并于90。C烘干過夜。其結(jié)構(gòu)如附 圖3所示。
以同樣方法制備不帶螺紋的NaA型分子篩一多孔氧化鋁管狀分離膜，將上 述制得的膜用于醇濃度95% (wt)的乙醇水體系的滲透汽化分離實驗，料液溫 度為65。C，膜后真空度為300Pa。對照組的無螺紋的NaA型分子篩一多孔氧化 鋁管狀分離膜的分離系數(shù)為5300;滲透通量為1030g/m2*h;本發(fā)明的帶螺紋狀 紋路的NaA型分子篩一多孔氧化鋁管狀分離膜的分離系數(shù)為8000;滲透通量為 1250g/m2.h。
權(quán)利要求
1、一種分離膜，其特征在于該分離膜表面有紋路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離膜，其特征在于該分離膜為非對稱分離膜， 包括分離層和載體層，載體層表面有紋路，分離層均勻涂覆于與紋路同側(cè)的載 體層表面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離膜，其特征在于所述的載體層是僅具有支撐 作用而不具有分離作用的多孔載體層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的分離膜，其特征在于該分離 膜為管狀非對稱膜管，管狀載體層內(nèi)/外表面有紋路，分離層均勻涂覆于與紋路 同側(cè)的載體層表面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分離膜，其特征在于所述的載體層為多孔陶瓷載 體層或多孔不銹鋼載體層。
6、 權(quán)利要求2所述的分離膜的制備方法，是首先制備具有紋路的載體層， 再在與紋路同側(cè)的載體表面制備均勻涂覆的分離層。
全文摘要
一種分離膜及其制備方法，是通過首先制備具有紋路的載體層，再在與紋路同側(cè)的載體表面制備均勻涂覆的分離層制得的帶紋路的分離膜。本發(fā)明的分離膜增加了膜表面紋路的設(shè)計，分離過程中，原料液流經(jīng)分離膜表面時，在這些紋路的影響下產(chǎn)生湍流，進而促進原料液體系內(nèi)部不穩(wěn)定流體的流動、強化傳質(zhì)過程，進而減小濃差極化或溫差極化的影響；同時，紋路的存在還增大了有效分離面積，提高了分離效率。
文檔編號B01D69/04GK101612529SQ20081001204
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者李硯碩, 楊維慎 申請人:楊維慎;李硯碩