CN207581935U - 一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积设备，用以实现中空纤维膜在腔体中的转动和均匀沉积。旋转反应器包括腔体和上盖，腔体顶部与上盖通过密封圈密封，保证装置整体可达到实验所需求的真空度。将带有磁铁的电机固定在腔体的盖子上，利用磁铁的相互作用力，使得腔体内部的磁铁随着电机的转动而转动。进而带动多孔转盘转动。中空纤维膜固定在多孔转盘上。通过调节电机转速，带动中空纤维膜旋转，使得脉冲进腔体的反应物在腔体内均匀扩散，在膜表面均匀沉积。本实用新型设备通过旋转样品，加快反应物扩散，使其均匀充满整个腔体，从而实现大批量沉积改性纤维类材料的目的，具有高效性和高产量等优点。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及原子层沉积反应器，提供了一种更均匀可控的批量改性中空纤维膜表面的旋转式原子层沉积反应器。
背景技术
聚合物多孔分离材料在水处理、油水分离、颗粒物过滤等领域发挥着重要作用。相较于平板膜，中空纤维膜有很多优势，例如单位体积的有效过滤表面积较大，组件制造简单，不需要进料和渗透间隔物以及预处理和维护较简单等。因此，中空纤维膜在化学废水处理、血液氧合、血液透析的生物医学材料以及食品加工工业中有潜在的应用。为了达到预期目标，需要对聚合物膜材料表面的性能通过物理或者化学方法进行亲水化改性。但聚合物材料表面改性的传统的方法，例如化学改性、填充改性、共混改性或者等需采用大量的化学试剂，改性过程繁琐，改性后多孔材料性能提升空间较小，改性不完全，无法实现对孔径的精密控制。更重要的是，大量有机废水的产生极大地增加了后续处理过程的难度以及经济成本。
原子层沉积（atomic layer deposition，ALD）是一种先进的超薄膜沉积技术，由于其反应过程具有自限制性，因此得到的沉积层具有良好的保形性，并可实现亚纳米级的厚度控制。由于其可在较低温度下实现复杂的三维孔道内均匀保形地沉积，因此逐渐成为聚合物多孔分离材料改性的重要手段。
与传统的膜表面改性方法相比，亲水改性的疏水膜表面经原子层沉积氧化物亲水改性后，其均匀性和保形性良好，亲水性明显增加，抗蛋白污染能力增强；通过改变沉积次数，其渗透性能和截留率可逐级调节，因此通过ALD技术改性中空纤维膜具有商业的应用前景。
然而，目前使用的原子层沉积反应器大部分是固定腔体，沉积腔室较小，基底在腔体内处于静置状态，在沉积反应过程中容易出现死角，反应物扩散不均匀，导致膜表面沉积不均匀；且样品容量较少，生产效率较低，限制了使用范围和产量。因此亟待开发一种新型的反应腔体以解决ALD不适用于大批量沉积改性高过滤面积的纤维类材料的难题。
发明内容
本实用新型专利为解决上述的技术问题提供了一种适用于大批量沉积改性中空纤维膜的原子层沉积旋转反应器，可以均匀和高效的进行膜表面亲水改性，实现分离性能的提升。
为实现上述目的，本实用新型方案如下：
一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，包括腔体和上盖，腔体的顶部和上盖通过密封圈密封连接，腔体底部设有进气管和出气管；带有磁铁的电机固定于上盖的顶部，电机通过转轴带动磁铁转动；在腔体内有同样的磁铁，在磁铁的相互作用力下，腔体内的磁铁随着电机的转动而转动；支架固定在腔体侧壁上，磁铁通过转轴固定在支架上；转轴的末端连接多孔转盘，中空纤维膜悬挂在多孔转盘上。
其中，多孔转盘中孔的排布为同心圆排布，中空纤维膜通过生料带悬挂在多孔转盘上。所述密封圈为氟橡胶O型密封圈。支架用螺丝固定在腔体侧壁上，方便样品放入和取出。
本实用新型专利设计将中空纤维膜固定在转盘上，通过调节电机转速，带动样品膜旋转，使得脉冲进腔体的反应物在腔体内均匀扩散，在膜表面均匀沉积。生产能力可根据增加腔体大小而增加。可以通过调节旋转转速，以适应不同的沉积条件。
有益效果：
1.通过扩大反应腔体，提高膜的装填面积，增加了中空纤维膜的装载量，提高产量和效率；
2.沉积反应采用磁力感应的原理，通过旋转样品，实现反应物均匀扩散，使其在膜表面均匀吸附，避免由于基底静置导致的吸附不均匀的问题，从而保证沉积的均匀性。
3.旋转采用磁力感应的原理，避免在腔体内增加多余的搅拌***，确保反应腔体的密封性。实现批量生产，提高生产效率。
附图说明
图1是本实用新型设备的正视图。如图1所示，1：腔体，2：多孔转盘，3：磁铁，4：密封圈，5：上盖，6：电机，7：转轴，8：支架，9：中空纤维膜，10：进气管，11：出气管。
图2是本实用新型设备的左视图。
图3是本实用新型设备的俯视图。
图4是本实用新型设备的多孔转盘示意图。
具体实施方式
一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，包括腔体（1）和上盖（5），腔体（1）的顶部和上盖（5）通过密封圈（4）密封连接，腔体（1）底部设有进气管（10）和出气管（11）；带有磁铁（3）的电机（6）固定于上盖（5）的顶部，电机（6）通过转轴（7）带动磁铁（3）转动；在腔体（1）内有同样的磁铁（3），在磁铁的相互作用力下，腔体（1）内的磁铁（3）随着电机（6）的转动而转动；支架（8）固定在腔体（1）侧壁上，磁铁（3）通过转轴（7）固定在支架（8）上；转轴（7）的末端连接多孔转盘（2），中空纤维膜（9）悬挂在多孔转盘（2）上。
多孔转盘（2）中孔的排布为同心圆排布，中空纤维膜（9）通过生料带悬挂在多孔转盘（2）上。密封圈（4）为氟橡胶O型密封圈。支架（8）用螺丝固定在腔体（1）侧壁上。
首先将多孔转盘（2）和磁铁（3）通过转轴（7）固定在支架（8）上，将中空纤维膜（9）悬挂在多孔转盘（2）上。再用螺丝将支架（8）固定在腔体（1）内，密封圈（4）放在腔体顶部，将装有电机（6）的上盖（5）放在腔体（1）上，以达到密封的效果。打开电机（6）使磁铁（3）转动，带动与磁铁（3）相连的多孔转盘（2）旋转，中空纤维膜（9）开始旋转，调节转速后进行抽真空和沉积实验。
沉积开始时，前驱体气体通过进气管（10）脉冲进入腔体（1），设置适当的停留时间，前驱体气体在中空纤维膜（9）的旋转搅拌下均匀分散在腔体（1）内，并与中空纤维膜（9）充分接触，膜表面发生单分子层化学吸附反应。在沉积反应后，过量的反应物和副产物经由氮气吹扫，从出气管（11）排除***，出气管直接与尾阀和真空泵相连，以达到实验过程中腔体（1）内部真空度确保反应沉积过程。实验结束后，取下上盖（5），然后取下支架（8）和腔体（1）连接的螺丝，将悬挂有中空纤维膜（9）的多孔转盘（2）取出。
Claims (4)
1.一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，其特征在于，包括腔体（1）和上盖（5），腔体（1）的顶部和上盖（5）通过密封圈（4）密封连接，腔体（1）底部设有进气管（10）和出气管（11）；带有磁铁（3）的电机（6）固定于上盖（5）的顶部，电机（6）通过转轴（7）带动磁铁（3）转动；在腔体（1）内有同样的磁铁（3），在磁铁的相互作用力下，腔体（1）内的磁铁（3）随着电机（6）的转动而转动；支架（8）固定在腔体（1）侧壁上，磁铁（3）通过转轴（7）固定在支架（8）上；转轴（7）的末端连接多孔转盘（2），中空纤维膜（9）悬挂在多孔转盘（2）上。
2.如权利要求1所述的一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，其特征在于，多孔转盘（2）中孔的排布为同心圆排布，中空纤维膜（9）通过生料带悬挂在多孔转盘（2）上。
3.如权利要求1所述的一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，其特征在于，所述密封圈（4）为氟橡胶O型密封圈。
4.如权利要求1所述的一种面向中空纤维膜批量改性的旋转原子层沉积反应器，其特征在于，支架（8）用螺丝固定在腔体（1）侧壁上。
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