CN205340594U - 一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置，通过从膜走向的起始端依次设置有表干装置、下压导辊、涂布底辊、涂布模头、支撑导辊、风刀、烘箱，并且结合涂布模头与涂布底辊的结构设置，使得膜经过的缝隙为狭缝，在结合膜经过表干装置、在下压导辊的作用下，进入涂布底辊与涂布模头形成的狭缝之间，再在支撑导辊的作用下，使得膜向膜的走向延伸，并经过风刀与支撑导辊之间形成的狭缝，确保膜的厚度均一，进入烘箱，使得在多孔支撑层上建立了稳定可控的油水两相薄层界面，使得酰氯单体与胺类单体在界面稳定高效的聚合，提高反渗透膜品质，确保反渗透膜品质稳定，同时，实现连续涂布反应，提高了生产效率，降低了成本。

Description

一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置

技术领域

本实用新型涉及反渗透膜制备技术领域，尤其是一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置。

背景技术

反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜，而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成，如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜，表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。可见，对于比较优异的反渗透膜产品时应当具有渗透量和脱盐率均较优的特征。并且也随着反渗透膜的特征不断的优化，其从传统的化工等领域逐步向食品领域开始引入应用，但其主要是被利用在淡水制备中，水净化过程中。

现有技术中，对于要制备高性能的反渗透膜，均是在反渗透膜制备过程中，通过反渗透膜的界面聚合反应来实现反渗透膜的性能改善的；而传统的反渗透膜界面聚合反应是将反渗透膜支撑层置于界面反应液中浸泡处理，使得多孔支撑层在界面聚合反应液中发生界面聚合反应，达到改性反渗透膜表面的渗透量和脱盐率的；而浸没式的界面聚合由于随着界面聚合作用的时间延长，其界面聚合液中的浓度不断的发生变化，使得多孔支撑层在的膜片在界面聚合反应液中的浓度不均匀，使得反渗透膜的稳定性较差，并且在高速下将膜带取出过程，导致界面聚合液被带出，导致生产成本较高；低速取出，又影响生产速度，而且还会导致后面的膜带鱼前面的膜带所处的界面聚合液浓度不均匀，需要调整界面聚合液的浓度，导致生产工艺复杂，成本较高。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置，从膜的走向方向的进入端依次设置有表干装置、下压导辊、涂布底辊、涂布模头、支撑导辊、风刀、烘箱；其中膜穿过表干装置，在表干装置的尾端设置下压导辊，膜经过下压导辊的作用进入涂布底辊的上表面，在涂布底辊之后设置支撑导辊，支撑导辊将膜支撑向膜的走向传送，在下压导辊和支撑导辊之间设置涂布模头，涂布模头位于膜的上表面，涂布模头的顶端设置有油相料液罐；支撑导辊为多个，并在膜的走向上的最后一个支撑导辊的上端设置有风刀，风刀与该最后一个支撑导辊之间有能够供膜穿过的缝隙，并且膜穿过该缝隙之后，进入烘箱中。

所述的涂布底辊为一个，涂布模头可移动变位。

所述的涂布模头，其移动变位是在P₁到P₂之间。

所述的移动变位，其P₁到P₂之间转动的角度为90°。

所述的P1，其位于膜进入涂布底辊与涂布底辊相接触的点；所述的P2，其位于膜走出涂布底辊与涂布底辊相接触的点。

所述的涂布底辊为两个，涂布模头位于两个涂布底辊之间。

所述的涂布模头位于两个涂布底辊的中间。

一种复合反渗透膜制备的界面聚合方法，包括以下步骤：

(1)将含水相溶液的多孔支撑层在表干装置中表干处理至多孔支撑层表面无肉眼可见的水相液滴；

(2)将油相料液采用涂布模头涂布于步骤(1)处理完的多孔支撑层上，再将其送入托辊熟化区，熟化脱盐层，控制熟化温度为10-70℃，熟化时间为5-300s，相对湿度为5-80％，得到含有脱盐层膜；

(3)将步骤(2)含有脱盐层膜送入烘箱中干燥处理，除去膜表面的油相料液，烘干过程的温度为10-70℃，时间为1.5-2.5min，即可。

所述的表干温度为5-70℃；所述的含水相溶液的多孔支撑层是含胺类单体溶液的多孔支撑层；所述的胺类单体为环己二胺、哌嗪、乙二醇胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、乙醇胺、聚乙烯亚胺、三乙胺、苯胺、间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、对苯二甲氨和间苯二甲胺中的至少一种，其在多孔支撑层中的含量为0.5～8wt％；所述的多孔支撑层由无纺布和涂覆其上的聚砜层、聚醚砜层、聚偏氟乙烯层和聚丙烯腈层中的至少一种组成；所述的含水相溶液的多孔支撑层，其含水相溶液的质量分数为5-70％；所述的油相料液，其界面张力为≤50mN/m；所述的油相料液由酰氯类活性单体和油相溶剂组成，其中酰氯类活性单体为联苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、苯甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、苯二磺酰氯、环戊烷二酰氯、环戊烷三酰氯、环己烷三酰氯、丁三酰氯、丁二酰氯、戊三酰氯、戊二酰氯、己三酰氯、己二酰氯、环戊烷四酰氯、环己烷二酰氯、癸二酰氯、癸三酰氯、四氢呋喃二酰氯、四氢呋喃四酰氯、环丙烷三酰氯、环丁烷二酰氯、环丁烷四酰氯、环己烷四酰氯中的至少一种，并且在油相料液中的质量分数为0.05-2％；油相溶剂为石脑油、矿物油、环丙烷、环己烷、环丁烷、环戊烷、环庚烷、环辛烷、甲基环丙烷、乙基环丙烷、丙基环丙烷、丁基环丙烷、甲基环丁烷、乙基环丁烷、丙基环丁烷、丁基环丁烷、1，2-二甲基环丁烷、1，2-二乙基环丁烷、1、3-二甲基环丁烷、1-甲基2-乙基环丁烷、1，3-二丙基环戊烷、甲基环己烷、乙基环己烷、丙基环己烷、正丁基环己烷、异丁基环己烷、叔丁基环己烷、异丙基环己烷、1，2-二甲基环己烷、ISOPAR-E、ISOPAR-L、ISOPAR-G、ISOPAR-H、ISOPAR-C、EXXSOL-D30、EXXSOL-D40、EXXSOL-D60、EXXSOL-D80、EXXSOL-D60S、1，3二甲基环己烷、1，4-二甲基环己烷、1，2-二乙基环己烷、1，3-二乙基环己烷、1，4-二乙基环己烷、1-甲基2-乙基环己烷、1-甲基3-乙基环己烷、1-甲基4-乙基环己烷、叔丁基环庚烷、异丁基环庚烷、甲基环辛烷、乙基环辛烷、异丁基环辛烷和叔丁基环辛烷中的至少一种。

所述的涂布，采用的是狭缝涂布，其中狭缝涂布过程中的涂布模头与膜表面之间的距离为5-1500um；所述的涂布，其涂布量为5-300g/m2，并且多孔支撑层运行速度为0.5-100m/min；所述的涂布，其是将油相料液与多孔支撑层上的胺类单体进行结合后，在膜表面进行界面反应，其反应温度为5-35℃。

所述表干过程，其表干方式为采用风刀表干、自然表干、对流烘箱表干、热风烘箱表干、气浮烘箱表干和气溢烘箱表干中的至少一种或它们的组合。

所述的涂布模头与涂布底辊之间的狭缝的宽度以及内部的流道结构是根据所涂布油相溶液的界面张力、粘度、涂层厚度和涂布温度等设计。

所述的熟化装置是带有托辊的室内自然开放环境、气浮烘箱和气溢烘箱中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的技术效果体现在：

通过从膜走向的起始端依次设置有表干装置、下压导辊、涂布底辊、涂布模头、支撑导辊、风刀、烘箱，并且结合涂布模头与涂布底辊的结构设置，使得膜经过的缝隙为狭缝，在结合膜经过表干装置、在下压导辊的作用下，进入涂布底辊与涂布模头形成的狭缝之间，再在支撑导辊的作用下，使得膜向膜的走向延伸，并经过风刀与支撑导辊之间形成的狭缝，确保膜的厚度均一，进入烘箱后进行烘干出来，使得在反渗透膜多孔支撑层上建立了稳定可控的油水两相薄层界面作用，使得酰氯单体与胺类单体在界面进行稳定高效的聚合反应，提高了反渗透膜的品质，确保了反渗透膜的品质稳定，同时，实现连续涂布反应，提高了生产效率，降低了成本。

本实用新型的进行涂布过程中，通过涂布底辊与涂布模头的作用，将界面聚合反应液涂布于反渗透膜的多孔支撑层上，避免了反渗透膜带在高速运转向前进的过程中造成界面聚合液浪费的缺陷，降低了生产成本，而且还能够确保涂布在多孔支撑层上的界面聚合反应液的浓度均一，提高了反渗透膜产品品质的稳定性，通过连续涂布处理，结合风刀与支撑导辊之间的狭缝，使得多孔支撑层上的界面聚合反应厚度得到均一化，达到了对油相溶液液层的厚度精确控制，提高了膜产品的品质，加快了反渗透膜生产速度，降低了成本。

本实用新型还结合对界面聚合的方法进行限制，尤其是对界面聚合的工艺步骤进行限制，提高了界面聚合的可连续性，加快了反渗透膜界面聚合反应的速率，加快了生产速度，降低了生产成本；再结合熟化过程的温度、时间、湿度的限制，使得反渗透膜在熟化处理过程中不会被较高的温度所损坏，也能够使得反渗透膜的界面聚合层的性能得到提高，使得其通透量和脱盐率均得到改善，提高了反渗透膜的品质；再结合烘干步骤的处理，使得涂布的物料能够在一定温度的作用下得到固定，确保了反渗透膜的品质稳定。

具体，本研究者还通过以下实验来进一步的说明本实用新型的技术效果：

实验组：采用本发明的装置，将含有37wt％水相溶液的聚砜多孔支撑层采用高速风刀进行表干处理，表干风速30m/min，支撑层表面无肉眼可见水相液滴，水相单体为间苯二胺，其在多孔支撑层中的浓度为4.0wt％；然后将含有0.5wt％均苯三甲酰氯的环己烷溶液采用狭缝涂布模头均匀涂布于聚砜多孔支撑层上，涂布速度15m/min，涂布量为120g/m²，经定量涂布后的聚砜多孔支撑层进入托辊熟化区，熟化温度为35℃，熟化时间设定为20s，相对湿度为55％；经脱盐层熟化步骤后的复合反渗透膜进入气浮烘箱干燥，去除表面环己烷溶液，烘干温度60℃，时间2min，获得膜片，作为实验组膜片。

对照组：采用专利申请号为201310303643.9的一种复合反渗透膜及制备方法制备的复合反渗透膜作为对照膜片。

实验方法：

将膜片放在膜片检测台中，在操作压力为225psi、原水为2000ppmNaCl水溶液、溶液温度为25℃、pH值为6.5-7.5的测试条件下，测试膜片运行不同时间的水通量和溶质脱除率。

溶质脱除率(R)是指在一定操作条件下，进料液溶质浓度(C)与渗透液中溶质浓度(Cp)之差，再除以进料液溶质浓度，其计算公式为：

$R=\frac{C-Cp}{C}\×100\%$

式中，R为溶质脱除率，又名脱盐率(％)；C为原液质量浓度，即进料液溶质浓度；Cp为进料液溶质浓度，即渗透液质量浓度。

水通量(F)是指在一定的操作条件下，单位时间(t)内透过单位膜面积(S)的水的体积(V)，水通量(F)的单位为L.m^-2.h^-1；V为渗透液体积(单位为L)；S为膜的有效表面积(单位为m2)；t为透水时间(单位为h)。水通量(F)的计算公式为：

$F=\frac{V}{S\×t}$

实验结果见表1所示：

表1

	F(GFD)	R(％)
			实验组	20	99.73
对照组	18.9-23.1	98.7-99.1

由上表可以得出，采用本实用新型的装置以及界面聚合反应方法制备的反渗透膜的水通量相对较为稳定，维持在20GFD左右，而对照组则波动的幅度较大，在18.9-23.1之间进行波动，波动差距为4.2GFD，并且脱盐率，本发明的达到99.73％以上，对照组最高在99.1左右，并且容易波动低于99％，故而，本发明的装置和界面聚合反应制备的反渗透膜的水通量和脱盐率均较优，并且获得的反渗透膜的品质较为稳定。

附图说明

图1为本实用新型的复合反渗透膜的界面聚合装置结构示意图。

图2为本实用新型的复合反渗透膜的界面聚合装置的另外一个实施例结构示意图。

1-表干装置2-下压导辊3-涂布模头4-油相料液罐5-涂布底辊6-支撑导辊7-风刀8-烘箱9-膜。

图中的箭头表示方向为膜的走向。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式来对本实用新型的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

如图1所示，一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置，从膜9的走向方向的进入端依次设置有表干装置1、下压导辊2、涂布底辊5、涂布模头3、支撑导辊6、风刀7、烘箱8；其中膜9穿过表干装置1，在表干装置1的尾端设置下压导辊2，膜9经过下压导辊2的作用进入涂布底辊5的上表面，在涂布底辊5之后设置支撑导辊6，支撑导辊6将膜9支撑向膜9的走向传送，在下压导辊2和支撑导辊6之间设置涂布模头3，涂布模头3位于膜9的上表面，涂布模头3的顶端设置有油相料液罐4；支撑导辊6为多个，并在膜9的走向上的最后一个支撑导辊6的上端设置有风刀7，风刀7与该最后一个支撑导辊6之间有能够供膜9穿过的缝隙，并且膜9穿过该缝隙之后，进入烘箱8中。

所述的涂布底辊5为一个，涂布模头3可移动变位。

所述的涂布模头3，其移动变位是在P₁到P₂之间。

所述的移动变位，其P₁到P₂之间转动的角度为90°。

所述的P1，其位于膜9)进入涂布底辊5与涂布底辊5相接触的点；所述的P2，其位于膜9走出涂布底辊5与涂布底辊5相接触的点。

实施例2

在实施例1的基础上，其他均同实施例1，如图2所示所述的涂布底辊5为两个，涂布模头3位于两个涂布底辊5之间。所述的涂布模头3位于两个涂布底辊5的中间。

实施例3

采用实施例1的装置进行反渗透界面聚合反应的方法，包括以下步骤：

(1)将含水相溶液的多孔支撑层在表干装置中表干处理至多孔支撑层表面无肉眼可见的水相液滴；

(2)将油相料液采用涂布模头涂布于步骤(1)处理完的多孔支撑层上，再将其送入托辊熟化区，熟化脱盐层，控制熟化温度为10℃，熟化时间为5s，相对湿度为5％，得到含有脱盐层膜；

(3)将步骤(2)含有脱盐层膜送入烘箱中干燥处理，除去膜表面的油相料液，烘干过程的温度为10℃，时间为1.5min，即可。

实施例4

采用实施例1的装置进行反渗透界面聚合反应的方法，包括以下步骤：

(1)将含水相溶液的多孔支撑层在表干装置中表干处理至多孔支撑层表面无肉眼可见的水相液滴；

(2)将油相料液采用涂布模头涂布于步骤(1)处理完的多孔支撑层上，再将其送入托辊熟化区，熟化脱盐层，控制熟化温度为70℃，熟化时间为300s，相对湿度为80％，得到含有脱盐层膜；

(3)将步骤(2)含有脱盐层膜送入烘箱中干燥处理，除去膜表面的油相料液，烘干过程的温度为70℃，时间为2.5min，即可。所述的涂布，涂布模头与膜表面之间的距离为1500um；所述的涂布，其涂布量为300g/m²，并且多孔支撑层运行速度为100m/min；所述的涂布，其是将油相料液与多孔支撑层上的胺类单体进行结合后，在膜表面进行界面反应，其反应温度为35℃。

实施例5

采用实施例2的装置进行反渗透界面聚合反应的方法，包括以下步骤：

(1)将含水相溶液的多孔支撑层在表干装置中表干处理至多孔支撑层表面无肉眼可见的水相液滴；

(2)将油相料液采用涂布模头涂布于步骤(1)处理完的多孔支撑层上，再将其送入托辊熟化区，熟化脱盐层，控制熟化温度为50℃，熟化时间为100s，相对湿度为40％，得到含有脱盐层膜；

(3)将步骤(2)含有脱盐层膜送入烘箱中干燥处理，除去膜表面的油相料液，烘干过程的温度为50℃，时间为2min，即可。所述的涂布，涂布模头与膜表面之间的距离为500um；所述的涂布，其涂布量为100g/m²，并且多孔支撑层运行速度为50m/min；所述的涂布，其是将油相料液与多孔支撑层上的胺类单体进行结合后，在膜表面进行界面反应，其反应温度为15℃。

所述的表干温度为5℃；所述的含水相溶液的多孔支撑层是含胺类单体溶液的多孔支撑层；所述的胺类单体为环己二胺，其在多孔支撑层中的含量为0.5wt％；所述的多孔支撑层由无纺布和涂覆其上的聚砜层；所述的含水相溶液的多孔支撑层，其含水相溶液的质量分数为5％；所述的油相料液，其界面张力为50mN/m；所述的油相料液由酰氯类活性单体和油相溶剂组成，其中酰氯类活性单体为联苯二甲酰氯，并且在油相料液中的质量分数为0.05％；油相溶剂为石脑油。

实施例6-9

在实施例5的基础上，其他均同实施例5。

在此有必要说明的是，上述实施例仅限于对本发明的技术方案的理解做进一步的解释和说明，并不是对本发明的技术方案的限定，并且也无法穷尽本发明的技术方案中所包含的所有的操作方式，在本领域技术人员在上述基础上所做的不具有突出的实质性特征和显著进步的改进，均属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，从膜(9)的走向方向的进入端依次设置有表干装置(1)、下压导辊(2)、涂布底辊(5)、涂布模头(3)、支撑导辊(6)、风刀(7)、烘箱(8)；其中膜(9)穿过表干装置(1)，在表干装置(1)的尾端设置下压导辊(2)，膜(9)经过下压导辊(2)的作用进入涂布底辊(5)的上表面，在涂布底辊(5)之后设置支撑导辊(6)，支撑导辊(6)将膜(9)支撑向膜(9)的走向传送，在下压导辊(2)和支撑导辊(6)之间设置涂布模头(3)，涂布模头(3)位于膜(9)的上表面，涂布模头(3)的顶端设置有油相料液罐(4)；支撑导辊(6)为多个，并在膜(9)的走向上的最后一个支撑导辊(6)的上端设置有风刀(7)，风刀(7)与该最后一个支撑导辊(6)之间有能够供膜(9)穿过的缝隙，并且膜(9)穿过该缝隙之后，进入烘箱(8)中。

2.如权利要求1所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的涂布底辊(5)为一个，涂布模头(3)可移动变位。

3.如权利要求2所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的涂布模头(3)，其移动变位是在P₁到P₂之间。

4.如权利要求3所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的移动变位，其P₁到P₂之间转动的角度为90°。

5.如权利要求3或4所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的P1，其位于膜(9)进入涂布底辊(5)与涂布底辊(5)相接触的点；所述的P2，其位于膜(9)走出涂布底辊(5)与涂布底辊(5)相接触的点。

6.如权利要求1所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的涂布底辊(5)为两个，涂布模头(3)位于两个涂布底辊(5)之间。

7.如权利要求6所述的复合反渗透膜制备的界面聚合装置，其特征在于，所述的涂布模头(3)位于两个涂布底辊(5)的中间。