用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜制造技术

本发明专利技术涉及一种用于液体‑液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，在一层固体材料里制造有许多个均匀分布的树状结构圆柱形通孔，每个通孔包括一个较大主干孔和二十个较小分支孔，这二十个分支孔均与它们的主干孔平行且均与这个主干孔完全连通，主干孔表面材料和它的分支孔表面材料相同；各分支孔为滤孔，其长度根据滤孔强度要求确定，主干孔用于减小滤膜流动阻力，待分离液体混合物中一种液体与主干孔表面间物理吸附弱，其余液体与主干孔表面间物理吸附强，各分支孔半径为：Rb，1＝(0.1～0.2)Rcr，Rcr为使与主干孔表面间物理吸附弱的液体混合物中那种液体成为连续介质流动所需临界圆柱孔半径，该层固体材料即为滤膜。

A new type of tree based cylindrical nanofiltration membrane for liquid liquid separation with a number of branch holes of 20

The present invention relates to a novel dendritic nano-cylindrical pore filter membrane with a branch number of 20 for liquid separation. There are many uniformly distributed cylindrical through-holes in a layer of solid material. Each through-hole consists of a larger backbone hole and 20 smaller branch holes with which the 20 branch holes are associated. The main pore is parallel and completely connected with the main pore, and the surface material of the main pore is the same as that of its branch pore; each branch pore is a filter pore whose length is determined according to the strength requirements of the filter, and the main pore is used to reduce the flow resistance of the filter membrane, and the physical adsorption between a liquid and the surface of the main pore in the liquid mixture to be separated. The radius of each branch pore is Rb, 1 = (0.1-0.2) Rcr. Rcr is the critical cylindrical pore radius needed to make the liquid mixture which has weak physical adsorption with the surface of the main pore become a continuous medium flow.

【技术实现步骤摘要】
用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜
本专利技术涉及滤膜领域，具体地说是一种用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜。
技术介绍
过滤用膜，简称滤膜，在工业和日常生活中具有重要应用，它可用于滤出固体颗粒、杂质，净化液体，也可用于滤出细菌、大分子物质，或者用于实现两种液体的分离。日常生活中，滤膜可用于净化饮用水，净化各种饮料，也可用于滤出海水中的杂质、各种离子，实现海水净化。现有的常用过滤方法和手段有：一、活性炭过滤活性炭是一种用途极广的工业吸附剂，它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。活性炭的吸附性源于其独特的分子构造，活性炭的内部有很多孔隙，每克活性炭的内部孔隙如果铺展开来可达到500～1700平方米，正是这种独特的内部构造，使得活性炭具有优异的吸附能力。活性炭过滤时，由于其多孔性可吸附各种液体中的微细物质，常用于水处理中的脱色、脱臭、脱氯、去除有机物及重金属、去除合成洗涤剂、细菌、病毒及放射性等污染物质，也常用于废水的三级处理。活性炭过滤的常见应用范围：(1)用于水处理设备过滤、污水处理、中水回用等等。广泛应用于化工、食品、医药、电子光伏等。(2)用于要求出水浊度≤5mg/L能符合饮用水质标准的工业用水、生活用水及市政给水系统。(3)工业污水中的悬浮物、固体物的去除。(4)可用作离子交换法软化、除盐系统中的预处理设备，对水质要求不高的工业给水的粗过滤设备。(5)用在游泳池循环处理系统、冷却循环水净化系统等。活性炭过滤的优缺点：优点：活性炭价格较便宜，活性炭过滤成本较低，能满足普通工业和日常生活常见的过滤需求，耐压，耐热，性价比较高。缺点：活性炭的孔隙较大，难以实现精细过滤，不能滤出微米级和纳米级大小的物质，常用于粗过滤。二、微孔膜过滤微孔膜上密密麻麻均布着各个微细孔，这种孔的直径通常在0.1微米和100微米之间。因此，微孔膜可以滤除液体、气体的0.1um以上的微粒和细菌，它有过滤精度高、过渡速度快、吸附少、无介质脱落、耐酸碱腐蚀、操作方便等优点。现已广泛用于医药、化工、电子、饮料、果酒、生化水处理、环保等工业的必需设备。常用的微孔膜滤芯有：聚四氟乙烯膜(PTFE)滤芯，聚偏膜(PVDF)滤芯，聚丙烯膜(PP)滤芯，醋酸纤维膜(CN-CA)滤芯，尼龙(PN6)滤芯，合金钛棒，线绕滤芯，熔喷滤芯，PA/PE烧结滤芯。这些滤芯特点是：体积小、重量轻、使用方便、过滤面积大、堵塞率低、过滤速度快、无污染、热稀稳定性及化学稳定性好，能滤除绝大部分微粒，广泛应用于精滤和除菌工艺。微孔膜过滤的缺点：相比于纳米孔滤膜，微孔膜上过滤用孔的直径仍偏大，虽然能满足日常工业和生活中许多精滤要求，但不能用于过滤极细小的物质如血液净化、蛋白质中病毒分离、液体中离子滤除、水的超级净化等。三、滤袋过滤微米级液体过滤袋采用优质滤料制作而成，可有效清除液体中需要清除的固态物质。液体在通过微米级滤袋时，所含杂质被精确地捕捉于滤袋深层，完成过滤过程。过滤材质：根据所过滤溶液不同，滤材可选择PE毡或PP毡，也可选用尼龙单丝、涤纶单丝等滤料，从而广泛应用于高低不同温度、酸碱不同环境中。与微孔膜过滤类似，滤袋过滤的缺点是：滤袋上过滤用孔的直径仍偏大，虽然能满足日常工业和生活中许多精滤要求，但不能用于过滤极细小的物质如血液净化、蛋白质中病毒分离、液体中离子滤除、水的超级净化等。四、纳米孔滤膜过滤为了过滤极细小物质、分离病毒、分离大分子有机物等，就必需采用纳米孔滤膜过滤。相比于微孔滤膜，纳米孔滤膜里的孔要小得多，其直径处于纳米量级，常小于被滤杂质的分子尺寸，因此常用于超精细过滤，可将杂质、细菌、病毒、有机大分子等彻底滤除。纳米孔滤膜里的孔常为圆柱孔、圆锥孔。为提高这种滤膜渗透性，也有采用两层滤膜，上层为纳米孔滤膜，下层为微孔滤膜。也有人开发出极薄的单分子层纳米孔石墨烯滤膜，这种滤膜的渗透性较好。虽然纳米孔滤膜的过滤能力强，但由于滤孔极小，这种膜的渗透性较差，它的过滤效率比较低，而且这种膜很薄，膜的机械强度也常面临挑战，不耐高压、高温。过滤能力、渗透性和机械强度在纳米孔滤膜上很难同时良好地实现；满足了其中一种性能，必然要降低其余性能。五、液体-液体分离过滤日常生活和生产中常需要将两种混合在一块的液体分离开，实现液体-液体分离过滤。以往，液体-液体分离净化常用的手段有：(1)重力分离：适用于密度相差较大又互不混溶的两种液体。在两种液体密度相差较大情况下，密度较大的液体会沉积在底层，而密度较小的液体会浮在上层，这样就能实现两种液体的分离。(2)离心力分离：适用于密度相差较大又互不混溶的两种液体。利用转鼓高速旋转产生的强大离心力场，使密度不同又互不混溶的两种液体混合物达到分离的目的。(3)萃取：适用于溶解度不大两种混溶的液体。用另一种溶剂从这两种液体的混合物中提取溶质。前提条件是：两种溶剂不互溶，溶质在两种溶剂中的溶解度相差很大。(4)蒸馏：适用于沸点差别较大又互相溶解的两种液体。通过加热使沸点较低的那种液体蒸发，实现这两种液体的分离。液体-液体分离过滤是过滤中较难的一项技术难题。上述介绍的常用的液体-液体分离手段都限于两种特定的物性相差较大的液体，比如密度相差大且互不溶解，或沸点相差大，或溶质在两种溶剂中的溶解度相差大。日常生活或生产中混在一起的两种液体往往不具备这些条件，分离净化这些液体就面临较大的技术难题。比如，密度相差不大又互相溶解、沸点相近的两种液体混在一起，如何分离这两种液体是上面介绍的常规手段不能解决的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，解决现有技术中只限于分离两种特定的物性相差较大的液体而难以分离密度相差不大又互相溶解、沸点相近的两种液体这种技术难题。本专利技术的技术解决方案是：一种用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，如图1和图2所示，在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和二十个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)、分支孔(5)、分支孔(6)、分支孔(7)、分支孔(8)、分支孔(9)、分支孔(10)、分支孔(11)、分支孔(12)、分支孔(13)、分支孔(14)、分支孔(15)、分支孔(16)、分支孔(17)、分支孔(18)、分支孔(19)、分支孔(20)、分支孔(21)和分支孔(22)，这二十个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这二十个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这二十个分支孔的表面材料均相同，各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，主干孔(2)和它的二十个分支孔的表面涂覆涂层或不涂覆涂层，待分离的几种液体混在一起而成的混合物中的一种液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附弱，液体混合物中的其余液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附强，这里的液体与主干孔(2)表面间强物理吸附指使主干孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界主干孔(2)直径不小于30nm的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液体‑液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和二十个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)、分支孔(5)、分支孔(6)、分支孔(7)、分支孔(8)、分支孔(9)、分支孔(10)、分支孔(11)、分支孔(12)、分支孔(13)、分支孔(14)、分支孔(15)、分支孔(16)、分支孔(17)、分支孔(18)、分支孔(19)、分支孔(20)、分支孔(21)和分支孔(22)，这二十个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这二十个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这二十个分支孔的表面材料均相同，各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，主干孔(2)和它的二十个分支孔的表面涂覆涂层或不涂覆涂层，待分离的几种液体混在一起而成的混合物中的一种液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附弱，液体混合物中的其余液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附强，这里的液体与主干孔(2)表面间强物理吸附指使主干孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界主干孔(2)直径不小于30nm的液体与主干孔(2)表面间的物理吸附，这里的液体与主干孔(2)表面间弱物理吸附指使主干孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界主干孔(2)直径不大于10nm的液体与主干孔(2)表面间的物理吸附；分支孔(3)直径处于纳米量级，分支孔(3)半径Rb，1取为(0.1～0.2)Rcr，这里Rcr为使与主干孔(2)的表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体成为连续介质流动所需的临界圆柱孔半径；各分支孔长度l1尽可能小以减小滤孔的流动阻力，l1的值根据滤孔强度要求确定，主干孔(2)的半径Rb，2比它的分支孔半径Rb，1更大，主干孔(2)和它的二十个分支孔形成的树状结构的通孔在固体材料(1)的厚度方向贯穿固体材料(1)，主干孔(2)用于减小被分离净化液体在固体材料(1)里的流动阻力、增大固体材料(1)的渗透能力，该层固体材料(1)即为滤膜。...

【技术特征摘要】
1.一种用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和二十个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)、分支孔(5)、分支孔(6)、分支孔(7)、分支孔(8)、分支孔(9)、分支孔(10)、分支孔(11)、分支孔(12)、分支孔(13)、分支孔(14)、分支孔(15)、分支孔(16)、分支孔(17)、分支孔(18)、分支孔(19)、分支孔(20)、分支孔(21)和分支孔(22)，这二十个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这二十个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这二十个分支孔的表面材料均相同，各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，主干孔(2)和它的二十个分支孔的表面涂覆涂层或不涂覆涂层，待分离的几种液体混在一起而成的混合物中的一种液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附弱，液体混合物中的其余液体与主干孔(2)和它的分支孔的表面间的物理吸附强，这里的液体与主干孔(2)表面间强物理吸附指使主干孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界主干孔(2)直径不小于30nm的液体与主干孔(2)表面间的物理吸附，这里的液体与主干孔(2)表面间弱物理吸附指使主干孔(2)中液体流动成为连续介质流动的临界主干孔(2)直径不大于10nm的液体与主干孔(2)表面间的物理吸附；分支孔(3)直径处于纳米量级，分支孔(3)半径Rb，1取为(0.1～0.2)Rcr，这里Rcr为使与主干孔(2)的表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体成为连续介质流动所需的临界圆柱孔半径；各分支孔长度l1尽可能小以减小滤孔的流动阻力，l1的值根据滤孔强度要求确定，主干孔(2)的半径Rb，2比它的分支孔半径Rb，1更大，主干孔(2)和它的二十个分支孔形成的树状结构的通孔在固体材料(1)的厚度方向贯穿固体材料(1)，主干孔(2)用于减小被分离净化液体在固体材料(1)里的流动阻力、增大固体材料(1)的渗透能力，该层固体材料(1)即为滤膜。2.如权利要求1所述的一种用于液体-液体分离的分支孔数为20的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：主干孔(2)半径Rb，2根据它的分支孔半径Rb，1和与主干孔(2)表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体在滤膜中的最大渗透能力要求通过下式计算确定：这里，λ0＝l1/l，l为固体材料(1)的厚度即滤膜的厚度，Req＝c1Rb，1，Rcr为使与主干孔(2)的表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体成为连续介质流动所需的临界圆柱孔半径，c1的取值范围为：1.89～2.31，c1的优选值为2.1，ρ为环境温度和压力下与主干孔(2)的表面间物理吸附弱的液体混合物中的那种液体的体相密度，为与主干孔(2)的表面间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永斌，袁虹娣，
申请(专利权)人：袁虹娣，
类型：发明
国别省市：湖北,42