一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜及其应用制造技术

本发明专利技术属于膜分离技术领域，本发明专利技术提供了一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，所述亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜包含导电中空纤维结构骨架和亲水水凝胶层。本发明专利技术还提供了一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜在含油污废水处理中的应用。相较于传统膜蒸馏所使用的疏水蒸馏膜，本发明专利技术的中空电热蒸馏膜利用亲水水凝胶特殊性质，通过分子约束作用防止待处理液渗透的同时通过氢键作用结合膜层周围的水分子，使膜表面呈现亲水性。亲水膜表面创新性地从根本上解决了疏水膜面临的膜污染问题，从而展现出优异的抗膜污染性能。异的抗膜污染性能。异的抗膜污染性能。

【技术实现步骤摘要】
一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜及其应用


[0001]本专利技术涉及膜分离
，尤其涉及一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜及其应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的蓬勃发展，石油化工、化学制药、食品加工业和纺织工业等迅猛崛起，导致越来越多的含油污废水亟待处理。膜技术被誉为21世纪最有前景的水处理技术之一。在传统膜蒸馏过程中，疏水膜位于进料液与冷凝液之间，使得挥发性物质(水蒸汽)可以自由传输透过蒸馏膜，而非挥发性污染物(如油污)被截留。然而，膜蒸馏面临温度极化的挑战，这会降低跨膜驱动力，导致产水量减少。另一方面，在实际含油污废水处理过程中，疏水膜存在膜污染问题，这可能会导致分离效果降低甚至直接导致膜蒸馏过程的失败，严重阻碍了该技术的推广应用。此外，分离膜几何结构与电热蒸馏过程中热损失程度密切相关，传统平板结构易导致热损失严重，能耗高。
[0003]因此，研究一种解决疏水膜导致的膜污染、分离效果降低、产水量减少的电热蒸馏膜，同时降低热损失和能耗，具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜及其应用。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，所述亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜包含导电中空纤维结构骨架和亲水水凝胶层。
[0007]作为优选，导电中空纤维结构骨架为碳纳米管中空纤维、煤基中空纤维、金属中空纤维或纳米碳修饰聚合物中空纤维。
[0008]作为优选，中空纤维结构骨架为多孔结构，孔隙率为40～98％，中空纤维结构骨架的内径为0.6～2mm。
[0009]作为优选，所述亲水水凝胶层包含聚乙烯醇水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶、琼脂糖基水凝胶、海藻酸钠基水凝胶、淀粉基水凝胶中的一种或几种；亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁或外壁。
[0010]作为优选，所述亲水水凝胶层的厚度为0.1～1mm，亲水水凝胶层通过化学交联作用或物理作用形成。
[0011]作为优选，当亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁时，通过化学交联作用形成亲水水凝胶层的方法包含如下步骤：将亲水水凝胶的原料混合液注满导电中空纤维结构骨架的内腔室后顺次经静置、在盐酸溶液中浸泡即可；静置的时间为3～7min。
[0012]作为优选，当亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的外壁时，通过化学交联作用形成亲水水凝胶层的方法包含如下步骤：将导电中空纤维结构骨架在亲水水凝胶的原料
混合液中浸泡后顺次经静置、在盐酸溶液中浸泡即可；在亲水水凝胶的原料混合液中浸泡的时间为3～7min。
[0013]作为优选，亲水水凝胶的原料混合液包含聚合物、水和戊二醛溶液，聚合物包含聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、琼脂糖、海藻酸钠、淀粉中的一种或几种；聚合物和水的质量比为5～15：85～95；聚合物和水的总体积与戊二醛溶液的体积比为180～260：1。
[0014]作为优选，所述戊二醛溶液的质量浓度为45～55％，所述盐酸溶液的浓度为1～1.5mol/L，盐酸溶液中浸泡的时间为5～15min。
[0015]本专利技术还提供了所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜在含油污废水处理中的应用。
[0016]本专利技术的有益效果包括以下几点：
[0017]1)相较于传统膜蒸馏所使用的疏水蒸馏膜，本专利技术的中空电热蒸馏膜利用亲水水凝胶的特殊性质，通过分子约束作用防止待处理液渗透的同时通过氢键作用结合膜层周围的水分子，使膜表面呈现亲水性。亲水膜表面创新性地从根本上解决了疏水膜面临的膜污染问题，从而展现出优异的抗膜污染性能。
[0018]2)通过电热转化实现蒸馏膜自发热的目的，直接加热蒸发液
‑
膜界面处的溶液，能极大程度的消除温差极化问题，提高热利用率，降低能耗，表现出优异的含油污废水处理性能。
[0019]3)在电热蒸馏中，相较于平板结构骨架，中空纤维状结构骨架能在限定的局域空间内三维包裹加热蒸馏进料液，减少热损失，提高能量使用效率。
附图说明
[0020]图1为实施例1的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜的结构示意图；
[0021]图2为实施例1的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜的实物图；
[0022]图3为实施例1的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜的亲水水凝胶层的接触角；
[0023]图4为实施例1的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜的产水量与输入功率关系图；
[0024]图5为实施例6的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜的产水量与处理时间关系图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，所述亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜包含导电中空纤维结构骨架和亲水水凝胶层。
[0026]本专利技术中，导电中空纤维结构骨架优选为碳纳米管中空纤维、煤基中空纤维、金属中空纤维或纳米碳修饰聚合物中空纤维。
[0027]本专利技术中，中空纤维结构骨架优选为多孔结构，孔隙率优选为40～98％，进一步优选为50～90％，更优选为60～80％；中空纤维结构骨架的内径优选为0.6～2mm，进一步优选为0.8～1.8mm，更优选为1～1.5mm。
[0028]本专利技术中，中空纤维结构骨架的厚度、纳米碳含量可根据导电性进行调整；厚度优选为0.1～1mm，进一步优选为0.2～0.8mm。
[0029]本专利技术中，导电中空纤维结构骨架优选为商业中空纤维膜进行修饰改性得到或通过湿法纺丝法得到；碳纳米管中空纤维、煤基中空纤维、金属中空纤维优选采用湿法纺丝法
制备得到，纳米碳修饰聚合物中空纤维优选采用商业中空纤维膜进行修饰改性制备得到；所述修饰改性优选为真空抽滤、喷涂或静置提拉涂覆，所述真空抽滤的真空度优选为0.06～0.1MPa，进一步优选为0.07～0.09MPa，更优选为0.08MPa；喷涂或静置提拉涂覆的厚度优选为0.2～0.6mm，进一步优选为0.3～0.5mm，更优选为0.4mm。
[0030]本专利技术中，所述亲水水凝胶层优选包含聚乙烯醇(PVA)水凝胶、聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶、琼脂糖基水凝胶、海藻酸钠基水凝胶、淀粉基水凝胶中的一种或几种；亲水水凝胶层优选在导电中空纤维结构骨架的内壁或外壁。
[0031]本专利技术中，所述亲水水凝胶层的厚度优选为0.1～1mm，进一步优选为0.3～0.8mm，更优选为0.5～0.6mm；亲水水凝胶层优选通过化学交联作用或物理作用形成。
[0032]本专利技术中，当亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁时，通过化学交联作用形成亲水水凝胶层的方法优选包含如下步骤：将亲水水凝胶的原料混合液注满导电中空纤维结构骨架的内腔室后顺次经静置、在盐酸溶液中浸泡即可；静置的时间优选为3～7min，进一步优选为4～6min，更优选为5min。
[0033]当亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁时，静置完成后优选去除多余原料混合液然后在盐酸溶液中浸泡。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，所述亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜包含导电中空纤维结构骨架和亲水水凝胶层。2.根据权利要求1所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，导电中空纤维结构骨架为碳纳米管中空纤维、煤基中空纤维、金属中空纤维或纳米碳修饰聚合物中空纤维。3.根据权利要求1或2所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，中空纤维结构骨架为多孔结构，孔隙率为40～98％，中空纤维结构骨架的内径为0.6～2mm。4.根据权利要求3所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，所述亲水水凝胶层包含聚乙烯醇水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶、琼脂糖基水凝胶、海藻酸钠基水凝胶、淀粉基水凝胶中的一种或几种；亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁或外壁。5.根据权利要求4所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，所述亲水水凝胶层的厚度为0.1～1mm，亲水水凝胶层通过化学交联作用或物理作用形成。6.根据权利要求5所述的亲水水凝胶基中空电热蒸馏膜，其特征在于，当亲水水凝胶层在导电中空纤维结构骨架的内壁时，通过化学交联作用形成亲水水凝胶层的方法包含如下步骤：将亲水水凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐源潞，杨易，尤再进，范新飞，宋成文，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：