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膜材料的結構特點是什麽?

1.醋酸纖維素:醋酸纖維素(CA)膜由二醋酸纖維素和三醋酸纖維素以及它們的混合物的鑄膜液鑄塑而成。隨著乙酰基含量的增加,脫鹽率和化學穩定性增加,而水通量降低。Loeb-Sourirajan的不對稱結構是通過用“刮刀”將CA、乙醇或乙醚溶液澆鑄在多孔基底(例如帆布)上並風幹表面以產生薄的表層而形成的。較大孔隙層上方的致密表皮由厚度約為0.2μm的薄層組成,薄膜總厚度約為100 μ m,該技術還可用於澆鑄管狀和中空纖維薄膜。[1]

CA膜化學穩定性差,在運行過程中會發生水解,其水解速度與溫度和pH條件有關。醋酸纖維素膜可在0 ~ 30℃和pH 4.0 ~ 6.5下連續運行。這些東麗膜產品也會受到生物侵蝕,但可以持續暴露在含氯量較低的環境中,所以可以消除生物侵蝕。膜穩定性差導致膜截留率隨運行時間的增加而降低。然而,這些材料的流行是由於它們的廣泛來源和低廉的價格。

2.芳族聚酰胺:不對稱芳族聚酰胺膜(Richter和Hoehn 1971)是中空纖維形式的先驅。這些纖維是由溶液紡成的。通過控制紡絲溶液溶劑的蒸發,在纖維的外表面形成約0.1 ~ 1.0μ m的致密皮層。剩余的纖維結構是壹層約26μm厚的多孔支撐結構。鹽的截留發生在致密層。為了進壹步提高截留性能,當中空纖維膜用於苦鹹水淡化時,用聚乙烯甲基醚(PT-A)對膜進行後處理,當用於海水淡化時,用PT-A和單寧酸(PT-A)進行後處理。

與纖維素膜相比,芳綸膜的特點是具有優異的化學穩定性。它們能在0 ~ 30℃的溫度和pH值4 ~ 11下連續工作,不會被生物腐蝕。而芳香族聚酰胺膜如果持續暴露在含氯的環境中,很容易被氯腐蝕,因此對其處理的料液進行脫氯處理非常重要。

3.薄膜和復合膜:90年代中期美國內政部鹽水局資助的北極星研究與發展研究所(位於明尼阿波利斯)的工作(Francis 1966;Rozelle等人1967)引領了薄膜復合膜的發展。Universal Oil Products的流體系統部門(Riley等人1967)在20世紀70年代中期推出了其商用(薄膜復合)薄膜,而FilmTec公司在20世紀80年代初推出了其FT30復合薄膜(Cadotte等人1980)。在這些膜結構中,超薄網格層形成在多孔織物載體(即0.2μm厚)上的微孔聚碸表面。聚碸上的網格層是通過聚酰胺或聚脲的“原位”界面聚合技術生產的。

薄膜復合膜的優點與其化學性質有關,其主要特點是在中等壓力下操作時化學穩定性高、水通量高、脫鹽率高、耐生物侵蝕。它們能在0 ~ 40℃和pH 2 ~ 12範圍內連續工作。像芳族聚酰胺壹樣,這些材料對氯和其他氧化物的耐受性較差。

主要配置

反滲透膜(什麽是反滲透膜?)需要做成壹定的配置才能用於水處理。目前膜的配置主要有平板式、管式、卷式和中空纖維式,但水處理中常用卷式和中空纖維式。

對於卷式配置,常用的膜有醋酸纖維素膜和復合膜,用於制作膜元件,膜元件置於壓力容器中形成膜組件。通常,用於制造卷狀結構的膜首先被制成平膜。醋酸纖維素膜的結構如圖1所示。上部有壹致密薄層(0.1-1.0μ m),即脫鹽層。脫鹽層下有厚度稍厚(100~200μm)的多孔支撐層,所以水容易。致密層為半透膜層,能有效阻止鹽分通過,起到脫鹽作用。

復合膜由三層組成,即頂部的超薄脫鹽層、中間的多孔聚碸中間層和底部的聚酯支撐網層。由於聚酯支撐層不平整多孔,不能用來直接支撐脫鹽層,所以在支撐層上澆註聚碸微孔層直接支撐脫鹽層。聚碸層的表面孔徑可以控制在0.01.5 μ m,脫鹽層厚度為0.2μm,在聚碸層的支撐下可以承受高壓,抵抗機械壓力和化學侵蝕。

對於中空纖維結構,許多由芳香族聚酰胺膜制成的中空纖維直接組裝在壓力容器中,以形成水脫鹽的基本單元-膜組件。

無論是卷式還是中空纖維式,其配置要求如下:

1)能為膜提供適當的機械支撐,以承受壹定的供水壓力;

2)可使給水、濃水、產水各行其是,不混合;

3)具有壹定壓力的進水在通過膜面時能夠均勻分布並具有良好的流動狀態,這是使濃差最小化的方案;

4)在配置中可以充分利用膜本身的脫鹽率和透水性;

5)膜面積可以得到最大限度的利用。

6)便於儲存、運輸、裝卸和更換;

7)制造容易,維護方便,牢固,安全可靠;

8)價格有競爭力。

1.螺旋線圈型

首先,介紹了螺旋膜單元的概念。刀片由兩層平膜和壹層聚酯織物組成。聚酯織物在兩層薄膜的中間。刀片的壹端粘合形成袋子,另壹端(延伸的聚酯織物)粘合到穿孔的PVC管上。葉片之間有塑料網,沿PVC中心管纏繞在壹起,形成卷狀構型。塑料端裝置結合到盤繞葉片的兩端,其壹端作為防伸縮裝置(ATD ),另壹端作為用濃水密封的載體。玻璃鋼材料的外表面保護輥結構。這樣就形成了壹個完整的膜元件。

將卷繞好的膜元件放入壓力容器中進行測試,當其性能符合要求時即可出售。上述聚酯織物充當產品水收集通道。第壹塑料網作為濃水(供水)通道;二是加強供水渠道中水流的紊流,使濃差極化降到最低。由於卷式反滲透裝置的進水是從膜元件的進水端流向濃水端,且平行於膜面,這種水流方向容易因濃縮而極化,因此葉片之間的塑料網極為重要。

盤繞式膜元件廣泛用於微鹹水的脫鹽。用於產水量大的海水淡化時,壹般采用直徑101.6毫米(4英寸)或203.2毫米(8英寸),長度1016毫米(40英寸)或1524毫米(65438)。

將壹個或幾個膜元件連接並包裝在圓柱形壓力容器中,即形成卷繞式膜組件。

壓力給水進入第壹膜元件,並在膜元件的螺旋繞組之間的通道中流動。壹部分給水透過膜,通過蛇形通道流向膜元件中心的產品水收集管,另壹部分給水繼續沿膜元件的長度方向流向第二個膜元件,依次進行這壹過程。每個膜元件的產品水流過公共產品水管。當給水通過下壹個膜元件時,給水濃度增加,當它流過最後壹個膜元件時,給水變成濃縮水並從壓力容器中排出。

2.中空纖維類型:

大量的中空纖維膜被組裝在壓力容器中以形成中空纖維膜組件。現在苦鹹水淡化常用的是杜邦公司生產的B-9中空纖維膜組件,現以此為例進行說明。中空纖維的外徑為85μm,內徑為42μm,壁厚為265438±0.5微米..纖維表面有壹層薄而致密的層(即芳香族聚酯胺膜的脫鹽層),用來阻止鹽分滲透,使水流穩定通過。在該薄層下有相同材料的厚多孔層來支撐脫鹽層。這壹層允許水通過它流到中空纖維的內孔。

中空纖維比人的頭發還細。其壁雖薄,但外徑與內徑之比差小至2: 1,似厚壁圓筒,具有自承功能,強度足以承受高壓而不變形、不損壞。

對於水處理能力較大的系統,可采用102×1194或203×1219的膜組件。壓力容器內幾乎完全充滿纖維束,纖維間有約25μm的水通道。纖維束被無紡布分開,然後卷繞。整個纖維束分為24層,纖維束最外層包裹有導流網,便於濃水導流。中空纖維在壓力容器中平行排列成U形。纖維中間的進水管壹端用於加壓供水,另壹端是密封的,其長度方向有許多孔。纖維束的U形底部壹端用環氧樹脂固定密封,另壹端用環氧樹脂板固定,並開有中空纖維孔。進水管中的水徑向流向纖維束中的許多纖維。水壹部分滲透到中空纖維孔中成為產品水,通過環氧樹脂環引出,另壹部分軸向流到纖維束外緣(即壓力容器內緣)的壓力容器端部成為濃水,不斷排出,O型密封圈用於防止給水、濃水和產品水混合。