导电分离膜袋及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种导电分离膜袋及其应用，属于膜分离技术领域，导电分离膜袋，包括两个分离膜片，以及设置于两个分离膜片之间的内导电流道，分离膜片和内导电流道的边缘密封连接，并留设有排液口，形成膜袋结构。导电分离膜袋在制备导电卷式膜元件、导电平板膜元件中的应用。本发明专利技术的导电分离膜袋及其应用，将现有导电分离膜袋的塑料内流道改为内导电流道，在电场下增加了过滤/清洗、以及电化学氧化功能，并且提高了导电分离膜袋的机械强度，不会改变现有的制作分离膜片的工艺，也不会改变制作膜元件的工艺。元件的工艺。元件的工艺。

【技术实现步骤摘要】
导电分离膜袋及其应用


[0001]本专利技术属于膜分离
，尤其涉及一种导电分离膜袋及其应用。

技术介绍

[0002]膜分离技术是目前先进的分离技术，主要依靠膜孔径的大小、膜与分离物之间的相互作用力进行物质分离。如何在分离过程中增加一些因素、手段来影响过滤的效果和速率，控制膜的污染，人们想了很多办法，如：在膜分离中让膜材料导电、增加电场的方式来实现分离过滤的效果和速率的调控，并以此来控制膜的污染或以它为手段来清洗污染的膜。
[0003]现在普遍采用的方法，例如在活性分离层上让膜材质本身导电，或往铸膜液中添加导电物质如中国专利CN109092061A和CN103585895A。还有就是让铸膜液在导电材料，如碳纸上浇筑而成，如中国专利CN110038443A。但这些方法操作起来比较复杂，也改变或破坏了原先铸膜液的配方、膜材料原有的性能，所用原料也较为昂贵，操作更加复杂，导致成品成本(材料、制作过程)很高，但是性能也不是很理想。
[0004]另外还有中国专利CN108744985A，使用在产水导流网和进水导流网上使用导电涂层的方法来实现导电的功能，但该方案存在着涂层制作过程复杂但导电效果未必好、涂层附着性能差、机械强度差、使用贵金属成本高昂、易被腐蚀或损坏、产水受污染等特点的问题，完全不大可能广泛的用于大规模工业实施并长期使用。
[0005]现有都在制膜液、分离层甚至在支撑无纺布上做导电的尝试，但是这些尝试是在原有参数体系中增加了导电因素。这些增加的因素对于制膜液的改变、无纺布的改变是根本性的，将会使得膜的制造过程、结果发生很大的改变，导致膜的孔径和性能上发生一系列明显的变化。总的来说，如果按这些做法，将导电的作用增加进去，几乎是推翻了原先制膜配方，推翻了制膜过程与工艺等一系列的实验结果，推翻了工业加工与产品体系。这样的重建的成本太大了。
[0006]由于分离膜材料成膜材料是一种蓬松的状态，从膜的分离层上增加导电功能，虽然很直接，膜面上也实现了导电的功能，但是想要实现较高的导电状态，并能有效地形成电荷的传输层，所用成膜材料的电导率应该很高，才可以抵消这种蓬松结构所带来的导电能力的急剧下降，由于实际导电效果并不好(蓬松结构与高导电性能是非常矛盾的)；使用涂层的方式同样达不到很好的导电效果，反而增加了工艺的复杂性和难度。另一个方面，膜分离过程中，膜元件包括膜面都要耐受一定化学、机械的冲击，需要的成膜材料，化学性能稳定，机械性能(柔性、弹性)良好；这种物理、化学的冲击同样对涂层方式，特别是对于嵌入式导电物质的方式更难以承受，反而会造成污染。目前很难找到合适的、价格又很低廉的、又能符合这么多要求，并可以用于工业化的导电成膜材料。
[0007]另外，膜的支撑层改用了其它性质的导电材料，也会使得原先的建立在塑料无纺布上的一些列的实验、工业设备、经验与参数全部推翻。
[0008]通常工业分离膜片的微观结构为图1所示，即功能层(左上)紧密的粘附在支撑无纺布层(右下)上。在实际使用的时候，以卷式膜芯为例，由一片或几片膜页或膜袋，包夹着
外流道网格，围绕着一根中心汇流管卷制封装而成。而一个膜页剪开后打开以后如图2所示，膜袋是呈现镜面对称结构(三明治结构)，即如图3所示，用两张膜片夹住一个内流道网(内导流网)，三个边缘用胶水密封而成，制成一个膜袋。这个膜袋的另一边和中心透析液汇流管粘合在一起。在膜元件工作的时候，两个膜片在流体压力的作用下，紧紧的夹住内流道网。内流道网起到支撑作用，同时在网体内形成透析液的流动通道。待处理的液体在压力的作用下流经外流道(外导流网)，从膜片的表面流过并有一部分液体在压力的推动下，透过膜的分离层，进入膜袋内，通过流道网中的缝隙汇集到中心透析汇流管中。
[0009]工业分离膜的过滤活性层的厚度在10
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50μm，而支撑作用的支持无纺布厚度一般少于100μm，在实际运行时，膜表面到流道网的厚度仅仅是100μm左右。
[0010]目前类似参考文献中采用的这些手段，总体上物理强度、化学强度以及长期实施效果均不好。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提出一种导电分离膜袋及其应用，将现有导电分离膜袋的塑料内流道改为内导电流道，在电场下增加了过滤/清洗、以及电化学氧化功能，并且提高了导电分离膜袋的机械强度，不会改变现有的制作分离膜片的工艺，也不会改变制作膜元件的工艺，但是却可以大幅增加了系统的性能、功能，具有普遍适用性。
[0012]用碳纤维布取代了网状塑料布流道网，成为膜袋内可导电的流道网。通过导电性能优良的碳纤维布来实现膜袋内导电，并且将以它为基础和中心，在膜袋两侧建立一个快速高效的电场。目前膜分离处理的料液主要是以水为介质的，通常都是含电解质盐的，具有一定的导电性，所以距离碳纤维布100μm左右的距离膜表面完全可以受到碳纤维布所建立电场的影响，膜分离的性能和效果将因此有所改变。当膜袋可以导电后，将成为一个电极，膜系统内很多与水接触的地方都可安装、替换、排布金属部件或可导电的部件，成为膜袋的对电极；也可以在膜系统内，或者在膜管外壳内，或者膜元件上进行额外的添加，进行对电极的安装。甚至不同的膜袋或者元件之间都是可以成为电极对。
[0013]在污水处理中，增加电场的因素，可以影响膜过滤的效果，以及污染清洗后的恢复；由于平板MBR系统具有开放性，对电极(组)放置位置其实是可以根据需要自由选择。电场的引入，除了影响过滤和清洗，还可以通过改变电极的材料，以及改变相应的电压，系统就可以增加电氧化、电絮凝的功能，让膜系统的功能更加强大。在这些功能的基础上，原先系统的一些强化方法并不会受影响，反而能与新功能相得益彰、协同增效，比如原先平板MBR膜曝气的功能。
[0014]膜元件的电场化将为膜过滤的控制因素增加电场或电化学的因素。通过电场或电化学技术的加持，膜分离的过程将丰富多彩，功能更加多元化；电化学和电场的引入，为膜污染的控制，以及膜污染的清洗提供了更多的手段和方法。
[0015]以导电分离膜袋为基础，它可以衍生出包含平板膜系统以及卷式膜元件这两种常见的组件形式。膜袋所用的内部流道网是经纬、斜网或无序网状结构的网状塑料布。本专利技术则考虑采用类似纹理结构、也是经纬、斜网或无序网状的、产品体系非常成熟、导电性能良好的碳纤维布取代流道网，在实现透析液汇流导流作用的同时，也能实现膜袋乃至膜系统内电场的建立，电荷传输导电的作用。
[0016]以此导电分离膜为基础的平板膜系统则由于开放性，将得到比卷式膜系统更大的提升空间。可以在膜系统任何部位添加对电极，而且对电极的作用也不局限于静电排斥力影响过滤效果，可以提升高到一定的电压，结合对电极的材质，实现电化学氧化、电化学絮凝功能。
[0017]这几乎是替换的操作，不会改变现有的制作分离膜片的工艺，也不会改变制作膜元件的工艺，现有的膜分离大部分机器设备就可以直接使用；一部分只需做极小的改动，就可以增加电场下过滤/清洗的功能，以及电化学氧化、电絮凝的功能，并且让膜袋的机械强度得到大大的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.导电分离膜袋，其特征在于：包括两个分离膜片，以及设置于两个所述分离膜片之间的内导电流道；所述分离膜片和内导电流道的边缘密封连接，并留设有排液口，形成膜袋结构。2.根据权利要求1所述的导电分离膜袋，其特征在于：所述内导电流道为碳纤维布、碳纤维网、碳纤维板、金属网、金属板、金属合金网、金属合金板、导电复合材料网、导电复合材料布或导电复合材料板。3.权利要求1
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2任一项所述的导电分离膜袋在制备导电卷式膜元件、导电平板膜元件中的应用。4.导电卷式膜元件，其特征在于：包括如权利要求1
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2任一项所述的导电分离膜袋。5.根据权利要求4所述的导电卷式膜元件，其特征在于：还包括膜管外壳、密封端盖、连接件、以及膜芯；所述膜芯设置于所述膜管外壳的内部，所述膜管外壳的两端均设置有密封端盖，所述膜芯通过连接件与密封端盖连通；所述膜芯包括中心管、芯壳、至少一个外流道、以及至少一个所述导电分离膜袋；所述排液口与所述中心管密封连接，且所述排液口与所述中心管的内部连通；当所述导电分离膜袋为一个时，导电分离膜袋贴合一个外流道，且一起缠绕所述中心管设置，并封装于芯壳中；当所述导电分离膜袋为两个及以上时，相邻的两个所述导电分离膜袋之间均通过外流道间隔，所述导电分离膜袋和外流道贴合，且一起缠绕所述中心管设置，并封装于芯壳中；所述膜管外壳的内部具有至少一个所述膜芯，当所述膜芯为两个及以上时，相邻的所述膜芯通过所述连接件相连。6.根据权利要求5所述的导电卷式膜元件，其特征在于，所述导电卷式膜元件的制备方法包括以下步骤：将分离膜片和内导电流道按分离膜片、内导电流道、分离膜片的顺序依次叠放好，三个边用胶水粘结密封，形成导电分离膜袋，另一边粘结在中心管上；当所述导电分离膜袋为一个时，在导电分离膜袋外贴合一个外流道，且一起缠绕所述中心管进行卷制，卷制后封装于芯壳中形成膜芯，将膜芯装填于膜管外壳内，安装连接件和密封端盖，形成导电卷式膜元件；当所述导电分离膜袋为两个及以上时，将外流道设置于相邻的两个所述导电分离膜袋之间，然后将多个导电分离膜袋与外流道一起缠绕所述中心管进行卷制，卷制后封装于芯壳中，被芯壳包裹，形成膜芯，将膜芯装填于膜管外壳内，安装连接件和密封端盖，形成导电卷式膜元件。7.根据权利要求6所述的导电卷式膜元件，其特征在于：所述中心管导电或不导电；当所述中心管导电时，所述中心管的材质为碳纤维、复合碳材料、金属、金属合金或导电复合材料，所述内导电流道与所述中心管接触或相连，所述中心管通过导电体与外界电连接；当所述中心管不导电时，所述内导电流道通过导电体与外界电连接；当所述内导电流道为两个及以上时，所有所述内导电流道并联后通过导电体与外界电连接或每个所述内导
电流道单独通过导电体与外界电连接。8.根据权利要求6所述的导电卷式膜元件，其特征在于：所述外流道导电或不导电；当所述外流道导电时，所述外流道为碳纤维布、碳纤维网、金属网、金属合金网或导电复合网；所述芯壳导电或不导电；当所述芯壳导电时，所述芯壳的材质为碳纤维、复合碳材料、金属、金属合金或导电复合材料；所述膜管外壳导电或不导电；当所述膜管外壳导电时，所述膜管外壳的材质为碳纤维、复合碳材料、金属、金属合金或导电复合材料；当所述膜管外壳不导电时，所述膜管外壳的材质为玻璃钢；所述密封端盖导电或不导电；当所述密封端盖导电时，所述密封端盖的材质为碳纤维、复合碳材料、金属、金属合金或导电复合材料；所述连接件导电或不导电；当所述连接件导电时，所述连接件的材质为碳纤维、复合碳材料、金属、金属合金或导电复合材料；当所述中心管导电时，将所述内导电流道与中心管接触或相连，然后通过导电体分别连接中心管、以及至少连接可导电的外流道、可导电的芯壳、可导电的膜管外壳、可导电的密封端盖中的一个，最后将中心管通过连接件与密封端盖连接，将膜芯装填于膜管外壳中；当所述中心管不导电时；当所述导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴章锋，
申请(专利权)人：林金龙，
类型：发明
国别省市：