一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法与流程

1.本发明涉及分离膜技术领域，特别涉及一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法。


背景技术：

2.目前，商业化的中空纤维超滤膜多数是由非溶剂相转化法制得。中空纤维超滤膜在相转化过程中，其膜孔隙中仍然有铸膜液的溶剂残存。溶剂长时间贮存在微孔中势必会对膜材料中的高分子聚合物重新溶胀溶解，使未定型的高分子聚合物重新排列，膜的微孔结构则会变小甚至消失，极大程度地影响了膜后期的各项性能。通常情况下，初生态的中空纤维超滤膜膜丝都会浸泡在清水里继续洗出溶剂和小分子添加剂。
3.中空纤维超滤膜成品膜丝长期贮存，还会因为高分子聚合物的收缩而发生通量衰减，常见的工艺操作是选择甘油等高沸点溶剂进行填孔，抑制膜孔收缩，制成的半干膜能够减少通量损失。甘油作为填孔剂通常与杀菌剂进行联用，若甘油浓度较高，则杀菌剂容易失效且微生物繁衍很快，半干膜即发生生物污染，膜孔堵塞。此外，半干膜中的甘油以及水分会破坏柱式超滤膜元件或组件端头胶粘剂的正常固化和密封，后期打压容易渗漏，不利于柱式超滤膜元件或组件加工制造。
4.在传统的柱式超滤膜元件或组件加工过程前，会将中空纤维超滤膜丝在低温通风环境中进一步吹干，即为晾丝工序，使膜丝的含水量降低至10%左右，继而使用环氧树脂等胶粘剂进行浇注成柱式超滤膜元件或组件。即使如此，浇注的柱式超滤膜仍然有密封不良或漏点，主要表现在产水端膜丝与胶粘剂粘接处渗液，需要进行打压检测胶粘剂与膜丝的粘接不良处，并使用快干胶对产水端面密封不良处进行封堵。被封堵的膜丝则失去产水能力，柱式超滤膜元件或组件则损失相应的有效产水面积，而且封堵处理粘接不良处的工作极大地消耗人力和财力，增加产品成本。
5.因此，需要采用合适的方法制备柱式超滤膜元件或组件，减少柱式超滤膜元件或组件的有效膜面积的损失，降低胶粘剂密封不良带来的二次重复修补工作和成本消耗。然而，现有技术中，研究者的工作重心大多在开发和甄选胶粘剂，以期提高胶粘剂与中空纤维超滤膜半干膜的胶接强度。事实上，通过优化中空纤维超滤膜的清洗工艺，即可解决柱式超滤膜元件或组件加工工艺过程中存在的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法，不仅能够减少膜丝通量的衰减，同时还能兼顾端头胶粘剂的正常固化和密封效果，确保膜丝与胶粘剂的胶接强度，解决柱式超滤膜元件或组件封装后产水端渗漏问题。此外，还能减少人工封堵粘接不良处或漏点的工作量，减少膜产水面积损失，提高膜产品合格率。在生产中还能缩短晾丝工序时间，提高膜丝装配效率。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法，包括以下步骤：（1）将非溶剂相转化法制得的初生态的中空纤维超滤膜膜丝浸没在去离子水中，通过去离子水完全洗去中空纤维超滤膜膜丝微孔中残留的溶剂；（2）取出所述去离子水中的所述中空纤维超滤膜膜丝，再将所述中空纤维超滤膜膜丝浸入甘油水溶液中，使所述中空纤维超滤膜膜丝的上端高出所述甘油水溶液的液面；（3）取出所述甘油水溶液中的所述中空纤维超滤膜膜丝，在设定的温湿度环境中晾丝，晾丝至恒重后进行装配浇注。若膜丝在含水量较高情况下进行浇注封装，则会在浇注过程中进一步脱水，外径进一步缩小，会与胶粘剂脱开，产生间隙。因此，通过在设定的温湿度条件下晾丝至恒重，膜丝在浇注封装过程中孔径不会明显变小，浇注后密封性较佳。
8.优选地，在步骤（3）中，对所述中空纤维超滤膜膜丝未浸泡所述甘油水溶液的一端单独鼓风加热，能够更快地使中空纤维超滤膜膜丝上端的含水率满足要求，以便于进行浇注封装，提高封装效率；由于被鼓风加热的未浸泡所述甘油水溶液的中空纤维超滤膜膜丝，在后续浇注时用于被胶粘剂封装，不具有产水能力，故而这部分膜丝在较高温度下晾丝不会影响膜丝的实际产水能力；鼓风加热时，中空纤维超滤膜膜丝浸泡甘油水溶液的部分仍旧在设定的温湿度条件下晾干，以避免温度过高加剧中空纤维超滤膜膜丝材料的收缩，影响膜通量。
9.优选地，在步骤（1）中，将所述中空纤维超滤膜膜丝垂直浸没在所述去离子水中。
10.优选地，在步骤（1）中，将所述中空纤维超滤膜膜丝浸没在所述去离子水中16-32h。
11.优选地，在步骤（2）中，取出所述去离子水中的所述中空纤维超滤膜膜丝，沥除水分后再浸入所述甘油水溶液中。
12.优选地，在步骤（2）中，将所述中空纤维超滤膜膜丝垂直浸入所述甘油水溶液中。
13.优选地，在步骤（2）中，将所述中空纤维超滤膜膜丝浸入所述甘油水溶液中16-32h。
14.优选地，在步骤（2）中，所述中空纤维超滤膜膜丝上端高出所述甘油水溶液液面的高度为20-50cm。
15.优选地，在步骤（2）中，所述甘油水溶液的质量浓度为10-40%，由于甘油作为填孔剂通常与杀菌剂联用，这一浓度设置不仅能够满足对中空纤维超滤膜膜丝膜孔的填充，还能够避免杀菌剂失效，发生微生物污染导致膜孔堵塞。
16.优选地，在步骤（3）中，温度为25
±
5℃，湿度为55
±
10%rh。
17.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法，浸泡甘油水时，对中空纤维超滤膜膜丝需要通过胶粘剂浇注的一端不予浸泡，具有以下优点：中空纤维超滤膜膜丝表面的甘油或其他高沸点溶剂会影响膜丝与胶粘剂的浇注强度，导致浇注时密封不良，通过上述步骤能够保证浇注时膜丝与胶粘剂的浇注强度较高，密封性良好，避免膜丝漏点修补导致增加工作量和有效膜面积减小的问题；中空纤维超滤膜膜丝在因为失去甘油或其他高沸点溶剂的溶胀作用后，外径缩小，会与胶粘剂界面脱开，产生微小的间隙，导致密封不良，应用过程中产水质量下降，通过上述步骤能够保证浇注后膜丝孔径不会变小，密封性良好；
中空纤维超滤膜膜丝浸泡甘油水溶液后晾丝过程耗时过长，影响中空纤维超滤膜元件或组件的装配效率，通过上述步骤能够减少对膜丝端部的晾干时间，提高装配效率，并保证浇注强度和密封性。
附图说明
18.附图1为根据本发明实施例1方法清洗浇注的中空纤维超滤膜膜丝制得的柱式膜元件整体结构示意图；附图2为根据本发明实施例1方法清洗浇注的中空纤维超滤膜膜丝制得的柱式膜元件产水端结构示意图；附图3为根据对比例1方法清洗浇注的中空纤维超滤膜膜丝制得的柱式膜元件产水端结构示意图。
19.其中：1、原水进水口；2、透过液出口；3、浓水错流口；4、硬胶层；5、软胶层；6、中空纤维超滤膜膜丝。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例和附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
21.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
22.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
25.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结
构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
27.本发明通过大量的实验研究发现，中空纤维超滤膜膜丝在使用胶粘剂封装浇注的过程中，膜丝的外径尺寸会收缩变小，可达10%左右，这就导致与封装膜丝的胶粘剂界面脱开，产生微小的间隙，即为所述的封装不良或漏点。这是由于由于胶粘剂固化时反应放热，被胶粘剂封装包围的超滤膜膜材料在受热会收缩；此外，在进一步失去水分和甘油等高沸点溶剂的溶胀和保护作用后，膜材料也会收缩形变，而后者占绝对因素。本发明提供一种中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法，可以有效解决柱式超滤膜元件或组件封装后产水端渗漏的技术难题。
28.实施例1：（1）将非溶剂相转化法制备的初生态的中空纤维超滤膜膜丝垂直浸没在去离子水中，浸泡24h，以完全洗去中空纤维超滤膜膜丝微孔中的溶剂；（2）将中空纤维超滤膜膜丝从去离子水中取出后沥除表面的大量水份；（3）将中空纤维超滤膜膜丝垂直浸入甘油水溶液中，浸泡24h，确保中空纤维超滤膜膜丝的上端30cm露出甘油水溶液，上端膜丝不予浸泡，甘油水溶液的质量浓度为40%；（4）将中空纤维超滤膜膜丝从甘油水溶液中取出，在温度25℃，湿度55%rh的条件下晾干至恒重；（5）使用胶粘剂对中空纤维超滤膜膜丝进行浇注，未浸泡甘油水溶液的一端30cm膜丝用胶粘剂封装制作为产水端，膜丝端部与胶粘剂切口处理，膜丝内孔即为产水孔，膜丝内孔产水由透过液出口收集；浸泡甘油水溶液的另一端30cm膜丝用胶粘剂封装制作为进水端，膜丝端部完全没于胶粘剂内部。
29.图1为根据实施例1清洗浇注的中空纤维超滤膜膜丝6制得的柱式膜元件结构示意图，其中，该柱式膜元件的左端设有原水进水口1，该柱式膜元件的右端设有透过液出口2和浓水错流口3。中空纤维超滤膜膜丝6的两端分别通过胶粘剂浇注封装，两端的胶粘剂均包括外侧的硬胶层4和内侧的软胶层5。中空纤维超滤膜膜丝6未浸泡甘油水溶液的一端即为图1中柱式膜元件的右端。
30.对比例1：（1）将非溶剂相转化法制备的初生态的中空纤维超滤膜膜丝垂直浸没在去离子水中，浸泡24h，以完全洗去中空纤维超滤膜膜丝微孔中的溶剂；（2）将中空纤维超滤膜膜丝从去离子水中取出后沥除表面的大量水份；（3）将中空纤维超滤膜膜丝垂直浸没在甘油水溶液中，浸泡24h，甘油水溶液的质量浓度为40%；（4）将中空纤维超滤膜膜丝从甘油水溶液中取出，在温度25℃，湿度55%rh的条件下晾干至恒重；（5）使用胶粘剂对中空纤维超滤膜膜丝进行浇注，一端30cm膜丝用胶粘剂封装制作为产水端，膜丝端部与胶粘剂切口处理，膜丝内孔即为产水孔，膜丝内孔产水由透过液出口收集；另一端30cm膜丝用胶粘剂封装制作为进水端，膜丝端部完全没于胶粘剂内部。
31.实施例1中，由于中空纤维超滤膜右侧浇注端膜丝未浸泡甘油水溶液，因此孔径相对较小，参见图2所示，中空纤维超滤膜膜丝非产水端的孔径为1.3mm，其右侧产水端的孔径为1.2mm。
32.对比例1中，由于中空纤维超滤膜膜丝整体浸泡甘油水溶液，参见图3所示，中空纤维超滤膜膜丝整体的孔径为1.3mm。
33.下表为实施例1和对比例1制备的中空纤维超滤膜柱式膜元件的各项参数。
34.表1ꢀ项目及性能实施例1对比例1甘油浓度/@40浇注前产水端膜丝含水率/R7浇注前非产水端膜丝含水率/'27浇注前产水端膜丝平均外径/mm1.2101.326浇注前非产水端膜丝平均外径/mm1.3261.326膜丝装填数量/根96009600浇注后产水端膜丝漏点数量5257柱式膜实际有效膜丝数量95959343有效膜面积/m269.9668.13柱式膜通量/[m3/h]13.513.1由表1可知，实施例1浇注前清洗方法制得的中空纤维超滤膜膜丝，浇注前产水端膜丝平均外径1.210mm，浇注前非产水端膜丝平均外径为1.326m，这是由于右侧浇注端未浸泡甘油水溶液；对比例1浇注前清洗方法制得的中空纤维超滤膜膜丝，浇注前产水端膜丝平均外径为1.326mm，浇注前非产水端膜丝平均外径为1.326mm。
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其中对比例1中柱式膜产水端膜丝漏点为257处，而实施例1中柱式膜产水端膜丝漏点仅为5处，且产水通量比前者更大。这是因为对比例1中，浇注端浸泡甘油水溶液，在失去甘油或其他高沸点溶剂的溶胀作用后，外径缩小，会与胶粘剂脱开，而对膜丝进行漏点封堵会减少有效膜面积。
[0036]
因此，本发明中空纤维柱式超滤膜浇注前的膜丝清洗方法，可以获得性能优异的中空纤维超滤膜柱式膜组件，既能减少膜组件因漏点封堵而损失的膜面积，又能减少中空纤维超滤膜膜丝因为晾干过程膜孔塌陷而造成的通量损失。
[0037]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。