中空纤维复合膜的成型装置

摘要

本发明公开了一种中空纤维复合膜的成型装置，包括：制膜液装置，其容纳有制膜液；计量泵，其一端通过管道与制膜液装置连接；喷涂装置，其通过管道与计量泵的另一端连接；牵引装置；以及中空绳；其中，该喷涂装置为圆环形套筒，该套筒内表面具有微孔，中空绳一端穿过圆环形套筒与牵引装置连接。通过对涂覆工艺改进，使得产品同时具有很好的附着和柔韧性，膜拉伸强度高达300N，膜皮层剥落强度可达10公斤以上，完全不存在断丝问题。而良好的附着性使膜表皮在曝气过程中不会被剥落，有效抑制表面出现破损的发展，避免了膜丝破裂，提高了膜丝的使用安全性，可广泛应用于中水回用领域。

权利要求

1.一种利用中空纤维复合膜的成型装置制得中空纤维复合膜产品的方法，其特征在于该中空纤维复合膜的成型装置由以下部分组成：制膜液装置，其容纳有制膜液；

计量泵，其一端通过管道与制膜液装置连接；

喷涂装置，其通过管道与计量泵的另一端连接；

牵引装置；

中空绳，由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯或棉制成；

凝胶浴固化装置；以及

与计量泵和牵引装置连接的速度控制单元；

其中，该喷涂装置由圆柱形套筒组成，该圆柱形套筒长度为5-20cm，厚度为0.5-2cm,内径为1-3mm，该套筒内表面具有微孔，中空绳一端穿过圆柱形套筒与牵引装置连接；

其中，所述方法由以下步骤组成：该制膜液通过计量泵挤入所述圆柱形套筒，圆柱形套筒中的制膜液经由套筒内表面的微孔均匀涂敷在中空绳表面而不进入中空绳的中空部，中空绳表面被均匀涂覆上一层制膜液，形成初生中空纤维复合膜，该初生中空纤维复合膜经过凝胶浴固化装置凝胶浴固化后，制得可用于污水处理的由中空绳和中空绳表面的一层涂敷层组成的中空纤维复合膜产品，所述速度控制单元用于加大计量泵转速来控制涂敷压力以加强制膜液对中空绳表面的浸入，大大提高膜表层对支撑绳层的吸附力，从而使涂覆层不容易剥落；

其中，中空纤维复合膜产品的拉伸强度高达300N，膜皮层剥落强度达10公斤以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述微孔为多个且均匀分布在所述套筒的内表面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于微孔的形状为条形或孔形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述制膜液的材料包括聚偏二氟乙烯、聚砜、聚醚砜和聚丙烯腈。

说明书

中空纤维复合膜的成型装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种中空纤维复合膜的成型装置。

背景技术

[0002] 现有技术中，随着我国工业化和城市化的进程的不断深入，大量的工业和生活污染物排放到环境中，给水体带来越来越严重的污染。恶化的水质危及工业生产和人们的健康，增加了整个社会获取水资源的成本。目前水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。例如中国的淡水资源人均仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。而且分布不均，大量淡水资源集中在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1/4。有些城市因地下水过度开采，形成了几百平方公里的大漏斗里。又由于工业废水的排放，导致80％以上的地表水、地下水被污染。中国五大湖泊和七大水系全部中度以上污染，21％以上的监测断面为劣V类水体；全国的40％的城市郊区地下水被污染，90％以上的城市水域污染严重。专家们警告：“20年后中国将找不到可饮用的水资源”。为此在各个领域，不论是市政公用用水还是工业企业，污水回用已经成为了非常紧迫和现实的工作。进入新世纪，国家把污水处理摆在战略性高度的位置，国家环保总局环境规划院预测，我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达到1.05万亿元和1.39万亿元，污水回用资源化市场非常巨大。

[0003] 近年来，膜生物反应器(MBR)由于具有以下特点而被广泛应用于中水回用领域：

[0004] 1.高效地进行固液分离，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化；2.膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，运行控制灵活稳定；3.由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，并取代了三级处理的全部工艺设施，因此可大幅减少占地面积，节省土建投资；4.利于硝化细菌的截留和繁殖，系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能；5.由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率；6.反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，剩余污泥产量极低，由于泥龄可无限长，理论上可实现零污泥排放；7.系统实现PLC控制，操作管理方便。

[0005] 然而，由于MBR工艺中曝气频繁，通常膜丝存在强度不够，断丝较多的现象。另外，膜丝用于污水处理过程中，有时会由于泥沙，杂质等对膜丝的刮擦形成小的擦痕、裂纹或膜表层从中空绳上局部脱落，从而形成应力集中点，继续曝气抖动时，破损或裂痕会沿此应力集中点持续扩大，最终形成破裂或断丝，造成严重的安全问题。

[0006] 鉴于如上原因，有必要研究一种中空纤维复合膜的成型装置，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

[0007] 考虑到至少一个上述问题而完成了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种中空纤维复合膜的成型装置，其特征在于包括：

[0008] 制膜液装置，其容纳有制膜液；

[0009] 计量泵，其一端通过管道与制膜液装置连接；

[0010] 喷涂装置，其通过管道与计量泵的另一端连接；

[0011] 牵引装置；以及

[0012] 中空绳；

[0013] 其中，该喷涂装置为圆环形套筒，该套筒内表面具有微孔，中空绳一端穿过圆环形套筒与牵引装置连接。

[0014] 根据本发明另一方面，所述微孔为多个且均匀分布在所述套筒的内表面。

[0015] 根据本发明另一方面，还包括与计量泵和牵引装置连接的速度控制单元。

[0016] 根据本发明另一方面，还包括凝胶浴固化装置。

[0017] 根据本发明另一方面，圆环形套筒长度为5-20cm，厚度为0.5-2cm,内径为1-3mm。

[0018] 根据本发明另一方面，微孔的形状为条形或孔形。

[0019] 根据本发明另一方面，所述中空绳的材料为尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯或棉。

[0020] 根据本发明另一方面，所述制膜液的材料包括聚偏二氟乙烯、聚砜、聚醚砜和聚丙烯腈。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明装置通过对涂覆工艺改进，加大计量泵速度可加强制膜液对绳表面的浸入，大大提高膜表层对支撑绳层的吸附力，从而使涂覆层不容易剥落，有效地解决其他发明中制膜液粘附性不强、涂覆层易剥落等问题，在膜生物反应器等苛刻领域的曝气过程中有效抑制表面出现破损的发展，避免了膜丝破裂，提高了膜丝的使用安全性。

附图说明

[0022] 图1为根据本发明优选实施例的中空纤维复合膜的成型装置结构示意图；

[0023] 图2为根据本发明优选实施例的装置包括的涂覆装置的出料孔形状示意图；

[0024] 图3为根据本发明优选实施例的装置包括的涂覆装置的出料孔形状示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

[0026] 参见图1-3，本发明优选实施例提供了一种中空纤维复合膜的成型装置。该中空纤维复合膜的成型装置包括：制膜液装置1，其容纳有制膜液；计量泵2，其一端通过管道与制膜液装置1连接；喷涂装置4，其通过管道与计量泵2的另一端连接；牵引装置；以及中空绳3或5。其中，该喷涂装置4为圆环形套筒，该套筒内表面具有微孔6，中空绳3或5一端穿过圆环形套筒与牵引装置连接。

[0027] 可以理解的是，该装置可大大加强制膜液在中空绳3或5表面的粘附力，在膜生物反应器等苛刻领域应用过程中膜表层不易脱落，防止污水泄漏到达标水中。

[0028] 优选地，所述微孔6为多个且均匀分布在所述套筒的内表面。

[0029] 优选地，还包括与计量泵2和牵引装置连接的速度控制单元。

[0030] 优选地，还包括凝胶浴固化装置。

[0031] 优选地，圆环形套筒长度为5-20cm，厚度为0.5-2cm,内径为1-3mm。

[0032] 优选地，微孔6的形状为条形或孔形。

[0033] 优选地，所述中空绳3或5的材料为尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯或棉。

[0034] 优选地，所述制膜液的材料包括聚偏二氟乙烯、聚砜、聚醚砜和聚丙烯腈。

[0035] 优选地，所说的圆环形套筒长度为5-20cm，厚度为0.5-2cm，内测直径为1-3mm。优选长度为10-15cm,优选厚度为1-1.5cm，优选内测直径为1.2-2mm。

[0036] 优选地，所说的圆环形套筒内表面具有均匀分布的微孔6，微孔6的形状为条形或孔形。如把圆环形套筒内表面展开为平面，则其内表面形状如图2-3所示。所说的条形微孔6长度为3-5mm，宽度为1-2mm，优选长度为3-5mm，宽度为1.2-1.5mm。所说的孔形微孔6直径为0.3-0.5mm，优选为0.4mm。

[0037] 优选地，如图1～3所示，本发明还提供了一种中空纤维复合膜的成型装置，其中，分别把聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等制膜液通过计量泵2挤入本发明装置。同时，将尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、棉绳等中空绳3或5导入该发明装置，利用牵引机按一定速度牵引中空绳3或5，中空绳3或5通过本发明装置后，表面被均匀涂覆上一层制膜液，形成初生中空纤维复合膜。该初生中空纤维复合膜经过凝胶浴固化后，制得可用于污水处理的中空纤维复合膜产品。通过加大计量泵2速度可加强制膜液对绳表面的浸入，从而使涂覆层不容易剥落，有效地解决其他发明中制膜液粘附性不强、涂覆层易剥落等问题。

[0038] 优选地，该装置为圆环形套筒，该圆环形套筒外表面一端连接计量泵2，内表面具有均匀分布的微孔6。

[0039] 优选地，所说的圆环形套筒长度为5-20cm，厚度为0.5-2cm,内测直径为1-3mm。

[0040] 优选地，所说的圆环形套筒内表面具有均匀分布的微孔6，微孔6的形状为条形或孔形。如把圆环形套筒内表面展开为平面，则其内表面形状如图2所示。

[0041] 优选地，所说的制膜材料为聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等。

[0042] 优选地，所说的中空纤维绳为尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、棉绳等。

[0043] 优选地，该装置分别把聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等原材料与溶剂(例如二甲基乙酰胺DMAc，N-甲基吡咯烷酮NMP等)、制孔剂(例如聚乙二醇PEG，羧甲基纤维素钠Na-CMC等)按一定比例混合，形成制膜液，该制膜液通过计量泵2挤入本发明装置。同时，将尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、棉绳等中空绳3或5导入该装置，利用牵引机按一定速度牵引中空绳3或5，中空绳3或5通过本装置后，表面被均匀涂覆上一层制膜液，形成初生中空纤维复合膜。该初生中空纤维复合膜经过凝胶浴固化后，制得可用于污水处理的中空纤维复合膜产品。本发明装置通过对涂覆工艺改进，加大计量泵2速度可加强制膜液对绳表面的浸入，大大提高膜表层对支撑绳层的吸附力，从而使涂覆层不容易剥落，有效地解决其他发明中制膜液粘附性不强、涂覆层易剥落等问题，在膜生物反应器等苛刻领域的曝气过程中有效抑制表面出现破损的发展，避免了膜丝破裂，提高了膜丝的使用安全性。

[0044] 优选地，表1表示通过计量泵2转速控制不同涂覆压力对涂覆皮层剥落强度的比较：

[0045]

[0046] 可以理解的是，采用本装置制得的中空纤维复合膜，通过对涂覆工艺改进，使得产品同时具有很好的附着和柔韧性，膜拉伸强度高达300N，膜皮层剥落强度可达10公斤以上，完全不存在断丝问题。而良好的附着性使膜表皮在曝气过程中不会被剥落，有效抑制表面出现破损的发展，避免了膜丝破裂，提高了膜丝的使用安全性，可广泛应用于中水回用领域。

[0047] 实施实例1

[0048] 将聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末状原材料与溶剂、制孔剂按一定比例混合，形成制膜液，该制膜液通过计量泵2挤入内表面为条形的圆环形套筒。同时，将外径为2mm的中空棉绳导入该装置，利用牵引机按一定速度牵引中空绳3或5，中空绳3或5通过本装置后，表面被均匀涂覆上一层制膜液，形成初生中空纤维复合膜。该初生中空纤维复合膜经过凝胶浴固化后，制得中空纤维复合膜产品。所制得的中空纤维膜的外径为2.5mm，其剥落强度为8.2bar。

[0049] 实施实例2-4：

[0050] 分别将聚砜(PS)(实施实例2)、聚醚砜(PES)(实施实例3)、聚丙烯腈(PAN)(实施实例4)粉末状原材料与溶剂、制孔剂按一定比例混合，形成制膜液，该制膜液通过计量泵2挤入内表面为条形的圆环形套筒。同时，将外径为2mm的中空棉绳导入该装置，利用牵引机按一定速度牵引中空绳3或5，中空绳3或5通过本装置后，表面被均匀涂覆上一层制膜液，形成初生中空纤维复合膜。该初生中空纤维复合膜经过凝胶浴固化后，制得中空纤维复合膜产品。所制得的中空纤维膜的外径为2.5mm，其剥落强度为10.2bar、10.5bar、9.7bar。

[0051] 实施实例5-6：

[0052] 按实施例1-4相同的方法和步骤制备复合中空纤维膜。所不同的是本实例5-6采用的中空绳3或5为尼龙和PET。所制得的中空纤维膜的外径为2.3mm，其剥 落强度为8.2bar、8.6bar。可见相同条件下制膜液对三种基材中棉质基材的粘附力最强。

[0053] 综上所述，本发明的有益效果在于：该装置可大大加强制膜液在中空绳3或5表面的粘附力，在膜生物反应器等苛刻领域应用过程中膜表层不易脱落，防止污水泄漏到达标水中。采用本发明装置制得的中空纤维复合膜，通过对涂覆工艺改进，使得产品同时具有很好的附着和柔韧性，膜拉伸强度高达300N，完全不存在断丝问题。而良好的附着性使膜表皮在曝气过程中不会被剥落，有效抑制表面出现破损的发展，避免了膜丝破裂，提高了膜丝的使用安全性。

[0054] 本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。