The invention relates to the field of membrane separation, in particular to a membrane separation device based on hollow foam material and its application. The main functional area of the membrane separation device contains hollow foam material. The structure of the membrane is constructed by a three-dimensional connected support skeleton network, and the supporting skeleton itself is a three-dimensional connected micro channel with hollow structure. The microchannel wall has pores with an aperture ranging from angstrom to micron. The membrane separation device based on hollow foam material with the method of the invention has three types of pores which can be regulated at the same time: the three dimensional connected open hole network, three dimensional connected hollow microchannels, and the micropores in the microchannel pipe wall. The membrane separation device has the following advantages: the tube wall body of hollow microchannel acts as a porous membrane for separation, and the separation substance or separation substance on one side of the device can transfer material, momentum and heat efficiently in the macroscopic three-dimensional connected open network.
【技术实现步骤摘要】
一种基于中空泡沫材料的膜分离装置及其应用
本专利技术涉及膜分离领域，具体地说是一种基于中空泡沫材料的膜分离装置及其应用。
技术介绍
膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化、精制等功能，且具有高效、节能、环保、分子级过滤、过滤过程简单、易于控制等优势特征，被广泛应用于国民经济生活的诸多领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，逐渐成为当今分离科学中最重要的技术手段之一。尤其是无机分离膜，因具有耐高温、结构稳定性高、耐磨、耐冲刷、抗微生物降解、对有机溶剂或腐蚀气体稳定性良好、寿命长、易清洗等优异的材料性能，使其在化学工业、石油化工、冶金工业、生物工程、环境工程、食品、发酵和制药等领域受到广泛关注和研究。尽管如此，就目前现状而言，无机分离膜的应用规模在整个膜市场中的占比还远未达到预期的程度，而限制其应用的最大问题是成本。其中，膜组件单位体积的有效膜分离面积较低是导致无机分离膜应用过程中综合效益不高的最主要因素之一。因此，具有较大装填密度的中空纤维构型逐渐成为提高有效膜分离面积的必然技术趋势，已被众多无机分离膜研究者列为推广无机分离膜市场应用过程中颇具前景的研究方向。中空纤维无机...
【技术保护点】
1.一种基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，该膜分离装置由一个中空泡沫膜分离单元组件独立构成，或由两个以上或两种以上结构的中空泡沫膜分离单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，所述的中空泡沫膜分离单元组件含有如下功能区：流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、中空泡沫材料微通道管壁膜分离区。
【技术特征摘要】
1.一种基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，该膜分离装置由一个中空泡沫膜分离单元组件独立构成，或由两个以上或两种以上结构的中空泡沫膜分离单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，所述的中空泡沫膜分离单元组件含有如下功能区：流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、中空泡沫材料微通道管壁膜分离区。2.根据权利要求1所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，所述中空泡沫膜分离单元组件的主要功能区域为中空泡沫材料微通道管壁膜分离区，该区域含有中空泡沫材料，其在宏观上由支撑骨架(a)三维连通以形成开孔(b)网络结构；其中，支撑骨架(a)本身具有尺寸可控的、中空的微通道(c)，该微通道(c)的横断面为近圆状或椭圆状，其中空微通道管壁为分离膜本体。3.根据权利要求2所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，所述中空泡沫材料，其开孔(b)的网孔尺寸(d1)为0.2mm～20mm；中空的微通道(c)的外径尺寸(d2)为0.1mm～10mm，内径尺寸(d3)为0.02mm～9mm；中空的微通道(c)的管壁是致密无孔的，或是含有孔隙的，孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，孔隙率p为0<p≤70％。4.根据权利要求2所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，所述中空微通道管壁分离膜本体的材质为均质或非均质，所述中空微通道管壁分离膜本体的物理结构或化学结构为各向同性的或各向异性的。5.根据权利要求4所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，物理结构或化学结构为各向异性的中空微通道管壁分离膜本体，其构成包含多孔支撑层、多孔过渡层、分离功能层。6.根据权利要求1～5之一所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，构成该膜分离装置的主要功能区的中空泡沫材料的中空微通道管壁分离膜本体、流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层中的任一部位的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、氧化物材料、金属材料、碳材料、高分子材料。7.根据权利要求6所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，所述金属材料选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材料选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3或掺杂的CaTiO3、BaTiO3或掺杂的BaTiO3、LiNbO3或掺杂的LiNbO3、SrZrO3或掺杂的SrZrO3、LaMnO3及掺杂的LaMnO3、掺杂的SrCoyFe1-yO3-δ，0＜y＜1、A位替代的LaxA1-xCoyFe1-yO3-δ，其中A＝Sr、Ba、Ca，0＜x＜1，0＜y＜1；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材料选自以下的一种或两种以上：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010、聚丙烯酰胺、共聚多酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚醚砜、双酚A型聚砜、双酚A聚碳酸酯、四甲基双酚A聚碳酸酯、聚二甲基对苯二胺、三乙酸纤维素、乙酸纤维素、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅氧烷丙炔、聚4-甲基-1-戊烯、聚对苯二甲酸二醇酯、硅橡胶、天然橡胶；所述碳材料材选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、碳分子筛。8.根据权利要求1至7之一所述的基于中空泡沫材料的膜分离装置，其特征在于，其膜分离单元组件的基础构型为如下结构中的一种或两种以上：基础构型(一)：该膜分离单元组件基础构型中设置两个以上集流空腔、流体分流密封层和流体密封阻挡层，集流空腔通过流体分流密封层和流体密封阻挡层形成，流体引接口分别与集流空腔相连通，相邻集流空腔之间为中空微通道管壁膜分离区，中空微通道管壁膜分离区设置中空泡沫骨架，中空泡沫骨架之间为宏观三维连通开孔网孔；中空泡沫骨架的外表面为中空微通道管壁外壁表面，中空泡沫骨架的内表面为中空微通道管壁内壁表面，中空泡沫骨架上设置中空微通道管壁自身内孔隙，中空泡沫骨架中心为中空微通道；分离产品物质运动方向：中空微通道→微通道管壁分离膜→宏观三维连通开孔网孔；基础构型(二)：该膜分离单元组件基础构型中设置两个以上集流空腔、流体分流密封层和流体密封阻挡层，集流空腔通过流体分流密封层和流体密封阻挡层形成，流体引接口分别与集流空腔相连通，相邻集流空腔之间为中空微通道管壁膜分离区，中空微通道管壁膜分离区设置中空泡沫骨架，中空泡沫...
【专利技术属性】
技术研发人员：张劲松，高勇，田冲，杨振明，杨晓丹，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。