一种正多边形中空纤维膜组件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种正多边形无机中空纤维膜元件及其组件，正多边形无机中空纤维膜元件由无机中空纤维膜、多孔正多边形基座、多孔正多边形盖板组成。正多边形基座与盖板中的孔道按照特定的排布方式进行排列，无机中空纤维膜一端插入多孔基座孔道中，另一端与多孔盖板孔连接，两端浇注密封材料，制成中空纤维膜元件，可用于错流或死端方式过滤。将1个或多个中空纤维膜元件密封固定于壳体中，构成中空纤维膜组件，可实现气‑固、液‑固、液‑液等物质分离。本发明专利技术不仅解决中空纤维强度、密封等问题，而且进一步提高无机中空纤维膜组件的装填密度。

A Regular Polygon Hollow Fiber Membrane Module and Its Manufacturing Method

The invention relates to a regular polygon inorganic hollow fiber membrane element and its components. The regular polygon inorganic hollow fiber membrane element consists of an inorganic hollow fiber membrane, a porous regular polygon base and a porous regular polygon cover plate. The holes in the regular polygonal base and the cover plate are arranged in a specific arrangement. One end of the inorganic hollow fiber membrane is inserted into the holes in the porous base, the other end is connected with the holes in the porous cover plate. Sealing materials are poured at both ends to form hollow fiber membrane elements, which can be used for cross-flow or dead-end filtering. One or more hollow fiber membrane components are sealed and fixed in the shell to form hollow fiber membrane components, which can separate gas, solid, liquid, liquid and other substances. The invention not only solves the problems of strength and sealing of hollow fiber, but also further improves the filling density of inorganic hollow fiber membrane module.

【技术实现步骤摘要】
一种正多边形中空纤维膜组件及其制造方法
本专利技术涉及一种正多边形中空纤维膜组件及其制造方法，属无机膜领域。
技术介绍
随着工业的快速发展与产业技术的不断升级，无机陶瓷膜分离技术在有机溶剂回收、生活和工业污水处理、饮用水等方面的应用受到人们越来越多的关注。其中，陶瓷中空纤维膜作为新一代的无机陶瓷膜元件产品，因其具有较高的装填密度与渗透通量，已逐步成为无机超滤膜、陶瓷纳滤膜、分子筛膜等所采用的构型。中国专利CN101108310A公布了一种中空纤维陶瓷膜元件及其组件，主要用于微滤、超滤过滤系统，由于其将中空纤维陶瓷膜紧紧封装在一起，增加内部传质阻力，显著降低中空纤维膜利用率，导致通量较小。另一方面，目前陶瓷纳滤膜主要采用了单管、多通道结构式的构型，其成本高、装填面积小，在一定程度上阻碍了陶瓷纳滤膜的应用范围。值得注意的是，分子筛膜在有机溶剂脱水方面的优良性能以及其突出的节能减排优势，已备受人们青睐。继德国、日本之后，在21世纪初，国内实现了工业化应用。至今也已建立有机溶剂脱水装置100余套。目前商品化的分子筛膜主要以管式、多通道分子筛膜为主，其装填密度低，导致膜分离装置投资成本相对较高。因此，陶瓷中空纤维分子筛膜作为新一代膜元件，已引起研究者的广泛关注。中国专利CN101920170A公布了一种高通量的分子筛透醇膜及其制备方法，采用YSZ（钇稳定氧化锆）材料纺制中空纤维载体，在该载体上制备MFI分子筛膜。在5wt%/95wt%乙醇水体系中，分子筛膜渗透通量高达7.4kg/(h·m2)。中国专利CN105879687A，详细介绍了中空纤维陶瓷膜膜元件及其膜组件构成，实现了中空纤维膜模块化。然而上述专利中涉及到的膜元件为圆形组件，排列方式较为密集，中空纤维膜装填面积以及管束间流体传质效率虽有提高，但并未充分显示出中空纤维膜元件的突出优势。因此，膜元件构型形式及膜组件组成方式的改进，为实现中空纤维膜组件高填装密度与高通量提供基础，进一步拓展中空纤维膜元件应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种正多边形中空纤维膜组件及其制造方法。该组件中采用的中空纤维膜元件是正多边形，通过在组件中安装多个正多边形的组件，有效地利用了组件内的空间；采用这样的结构组装方式，不仅解决中空纤维膜工业应用过程中强度差、难密封等关键问题，而且进一步体现出中空纤维膜组件的高装填密度。本专利技术的第一个方面，提供了：一种中空纤维膜组件，包括：膜组件外壳以及安装于膜组件外壳内部的中空纤维膜元件；所述的中空纤维膜元件的数量为至少两个，且在膜组件外壳的内部为相互平行排列；所述的中空纤维膜元件的两端分别为多孔盖板和多孔基底，多孔盖板和多孔基底中分别开设有多个孔道，并且多孔盖板和多孔基底之间安装有多根无机中空纤维膜组成的列阵，无机中空纤维膜的两端分别套接于孔道中，并且在多孔盖板和多孔基底还设有密封材料，密封材料用于对孔道进行密封；多孔盖板和多孔基底的形状为正多边形。在一些实施方式中，所述的正多边形的边数为3～20中的任意整数。在一些实施方式中，所述的多孔盖板和多孔基底的材质是金属或陶瓷材料。在一些实施方式中，多孔盖板或者多孔基底上的孔道上的数量为3～500。在一些实施方式中，密封材料为有机密封剂或者无机密封剂，优选无机密封剂。在一些实施方式中，无机中空纤维膜长度介于1～150cm之间。在一些实施方式中，无机中空纤维膜材质为Al2O3、YSZ、莫来石、金属、分子筛或者石墨烯中的一种或两种组成，无机中空纤维膜外径为0.1～10mm。在一些实施方式中，所述的无机中空纤维膜是由中空纤维均质膜或中空纤维支撑体和分离膜层构成复合膜。在一些实施方式中，所述的无机中空纤维膜通道数介于0～20个之间。在一些实施方式中，在膜组件外壳上还设有进料口和出料口，在膜组件外壳的两端分别为封头，在两端的封头上分别设有真空口和排液口。在一个实施方式中，无机中空纤维膜与孔道之间存在着间隙，在间隙中填充有热缩型温敏凝胶。上述的中空纤维膜组件的制造方法，包括如下步骤：制造出中空纤维膜元件，将中空纤维膜元件安装于膜组件外壳中，并用密封圈对中空纤维膜元件上的多孔盖板和多孔基底的四周进行密封；其中，中空纤维膜元件的制造步骤包括：S1，将无机中空纤维膜的两端分别套入在多孔盖板和多孔基底上的孔道中；S2，然后在多孔盖板和多孔基底上分别施加密封材料，使密封材料将无机中空纤维膜与孔道之间的缝隙封堵；S3，升温使密封材料固化。在一些实施方式中，所述的密封圈的材质是硅胶、氟胶、四氟乙烯或石墨。在一些实施方式中，无机中空纤维膜的膜管直径小于多孔盖板和多孔基底上的孔道的直径，并且在步骤S1之前，需要在无机中空纤维膜的膜管两端包覆热缩型温敏凝胶，在步骤S1中，将无机中空纤维膜的两端分别套入在多孔盖板和多孔基底上的孔道后，热缩型温敏凝胶嵌入于无机中空纤维膜与孔道之间的间隙中；并且，步骤S3中升温时，热缩型温敏凝胶会发生收缩。有益效果（1）多孔基座与盖板采用无机材料配合无机密封剂密封中空纤维膜，增强膜抗酸、碱能力，拓宽膜应用领域。（2）正多边形中空纤维膜元件特定的排布方式，有效降低流体传递阻力，（3）正多边形中空纤维膜元件，易于制作，简单便携。（4）与圆形中空纤维膜元件相比，正多边形中空纤维膜元件所组成的膜组件具有更高的装填密度，进一步降低生产成本，推动中空纤维膜工业化进程。附图说明图1为错流式中空纤维膜元件。图2为死端式中空纤维膜元件。图3为正四边形死端式中空纤维膜元件示意图。图4为正四边形中空纤维膜元件多孔盖板俯视图。图5为正四边形中空纤维膜元件多孔基座俯视图。图6为正多边形中空纤维膜元件构成的膜组件示意图。图7为由9个正四边形中空纤维膜元件构成的方形膜组件俯视图。图8为由4个正四边形和8个三边形中空纤维膜元件构成的圆形膜组件俯视图。图9为另一种中空纤维膜元件的生产过程示意图。其中，1为多孔盖板，2为无机中空纤维膜，3为多孔基座，4为密封材料，5为中空纤维膜元件，6为膜组件外壳，7为孔道，8为热缩型温敏凝胶，a为进料口，b为出料口，c为真空口，d为排液口。具体实施方式本专利技术提供的中空纤维膜组件主要是包括：膜组件外壳6以及安装于膜组件外壳6内部的中空纤维膜元件5；所述的中空纤维膜元件5的数量为至少两个，且在膜组件外壳6的内部为相互平行排列。采用的所述的中空纤维膜元件5的两端分别为多孔盖板1和多孔基底3，多孔盖板1和多孔基底3中分别开设有多个孔道，并且多孔盖板1和多孔基底3之间安装有多根无机中空纤维膜2组成的列阵，无机中空纤维膜2的两端分别套接于孔道中，并且在多孔盖板1和多孔基底3还设有密封材料4，密封材料4用于对孔道进行密封；多孔盖板1和多孔基底3的形状为正多边形。上述的结构中，由于中空纤维膜元件5的四周为正多边形，因此，采用多个中空纤维膜元件时，可以在同一个中空纤维膜组件中安装多个膜元件，并且多边形可以更好地相互配合，使膜组件中的空间位置得到合理的利用。例如，如图7所示的正方形结构，可以有效地利用了膜元件四周的空间，膜元件的形状可以相互配合，能够有效地提高装填面积。在一些实施方式中，所述的正多边形的边数为3～20中的任意整数。在一些实施方式中，所述的多孔盖板1和多孔基底3的材质是金属或陶瓷材料。在一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，包括：膜组件外壳（6）以及安装于膜组件外壳（6）内部的中空纤维膜元件（5）；所述的正多边形中空纤维膜元件（5）的数量为至少两个，且在膜组件外壳（6）的内部为相互平行排列；所述的中空纤维膜元件（5）的两端分别为多孔盖板（1）和多孔基底（3），多孔盖板（1）和多孔基底（3）中分别开设有多个孔道，并且多孔盖板（1）和多孔基底（3）之间安装有多根无机中空纤维膜（2）组成的列阵，无机中空纤维膜（2）的两端分别套接于孔道中，并且在多孔盖板（1）和多孔基底（3）还设有密封材料（4），密封材料（4）用于对孔道进行密封；多孔盖板（1）和多孔基底（3）的形状为正多边形。

【技术特征摘要】
1.一种正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，包括：膜组件外壳（6）以及安装于膜组件外壳（6）内部的中空纤维膜元件（5）；所述的正多边形中空纤维膜元件（5）的数量为至少两个，且在膜组件外壳（6）的内部为相互平行排列；所述的中空纤维膜元件（5）的两端分别为多孔盖板（1）和多孔基底（3），多孔盖板（1）和多孔基底（3）中分别开设有多个孔道，并且多孔盖板（1）和多孔基底（3）之间安装有多根无机中空纤维膜（2）组成的列阵，无机中空纤维膜（2）的两端分别套接于孔道中，并且在多孔盖板（1）和多孔基底（3）还设有密封材料（4），密封材料（4）用于对孔道进行密封；多孔盖板（1）和多孔基底（3）的形状为正多边形。2.根据权利要求1所述的正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，所述的正多边形的边数为3～20中的任意整数；所述的多孔盖板（1）和多孔基底（3）的材质是金属或陶瓷材料；多孔盖板（1）或者多孔基底（3）上的孔道上的数量为3～500。3.根据权利要求1所述的正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，密封材料（4）为有机密封剂或者无机密封剂，优选无机密封剂。4.根据权利要求1所述的正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，无机中空纤维膜（2）长度介于1～150cm之间；无机中空纤维膜（2）材质为Al2O3、YSZ、莫来石、金属、分子筛或者石墨烯中的一种或两种组成，无机中空纤维膜（2）外径为0.1～10mm；所述的无机中空纤维膜（2）是由中空纤维均质膜或中空纤维支撑体和分离膜层构成复合膜。5.根据权利要求1所述的正多边形中空纤维膜组件，其特征在于，所述的无机中空纤维膜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾学红，洪周，张春，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京膜材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32