分离膜元件的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于分离包含在流体(诸如液体和气体)中的成分的分离膜元件。
【背景技术】
[0002] 在用于移除海水、半咸水等中所含离子物质的现有技术中，利用分离膜元件的分 离方法已经发现作为用于节能和资源保护的工序的日益增长的使用。在利用分离膜元件的 分离方法中所采用的分离膜根据它们的孔径大小和分离性能被分为五组，即微滤膜、超滤 膜、纳滤膜、反渗透膜和正向渗透膜。运些膜被用于例如从海水、半咸水或含有有害物质的 水等中生产可饮用水，用于工业用超纯水的生产、废水处理W及有价值的物质的回收等，并 且在此使用的膜被改变来适应作为目标的分离成分和分离性能的要求。
[0003] 分离膜元件可具有许多种形状，但它们在下述意义上具有共性:将待处理的水(原 水)进给到分离膜的一个表面并且从分离膜的另一个表面获得渗透的流体。通过具有多个 捆绑成束的分离膜，每个分离膜元件被配置成每个分离膜元件延伸膜面积，或者等价地增 大每个分离膜元件获取的渗透流体的量。针对使分离膜元件保持它们的预期用途和目的， 已经提出了各种形状类型，诸如螺旋型、中空纤维型、板框型、旋转平膜型和平膜集成型。
[0004] 例如，螺旋型分离膜元件已被广泛用于反渗透过滤。每个螺旋型分离膜元件设有 中屯、管和卷绕在中屯、管上的叠堆。叠堆通过下述方式形成:将用于将原水（即，待处理的水） 进给至分离膜的表面的进料侧通道构件、用于分离包含在原水中的成分的分离膜、用于将 已通过穿过分离膜从进料侧流体中分离出的渗透侧流体引导至中屯、管中的渗透侧通道构 件堆叠。在螺旋型分离膜元件中，可W对原水施加压力，由此，可W取得更多的渗透流体。就 运方面而言，使用螺旋型分离膜元件是有利的。
[0005] 在螺旋型分离膜元件中，主要由高分子化合物制成的网已经普遍用作进料侧通道 构件，W便形成用于进料侧流体的流动通道。另外，多层型分离膜已经用作所述分离膜。多 层型分离膜是包括由交联高分子化合物诸如聚酷胺形成的分离功能层(多孔支撑层）、由高 分子化合物诸如聚讽形成的多孔树脂层W及由高分子化合物诸如聚对苯二甲酸乙二醇醋 形成的非织造织物衬底的分离膜，其中运些层W上面提到的顺序从进料侧朝向渗透侧堆 叠。并且作为渗透侧通道构件，网眼比进料侧通道构件更精细的被称作经编织物(tricot) 的编织构件已被用于阻止分离膜下沉和形成渗透侧流动通道的目的。
[0006] 近年来，随着针对降低淡水生产成本的需求的增长，已经需要具有更高性能的膜 元件。例如，由于意图提高分离膜元件的分离性能并增大单位时间渗透流体的量，已经建议 提高分离膜元件构件(诸如通道构件)的性能。
[0007] 具体来讲，已经提出将具有压花有不均匀图案的片材的分离膜元件作为渗透侧通 道构件(参见专利文献1)。还已通过在分离膜中布置由被称作叶片的弹性体形成的通道构 件，提出一种既不需要进料侧通道构件(诸如网）也不需要渗透侧通道构件(诸如经编织物） 的分离膜元件(参见专利文献2)。此外，提出了一种具有在非织造织物上布置纺线的通道构 件的分离膜元件(参见专利文献3)。
[000引专利文献I:肝-A-2006-247453。
[0009] 专利文献 2:肝-T-2012-518538。
[0010] 专利文献3:US 2012/0261333。
[0011] 然而，不管上面提到的各种提议如何，都不能说现有的分离膜元件具有足够的分 离性能，尤其是在高度加压条件下的长期操作期间的性能稳定性，并且仍然有提升空间。
【发明内容】
[0012] 因此，本发明的目的是提供一种实现在高度加压条件下在分离膜元件的长期操作 期间的分离和移除性能的稳定的分离膜元件。
[0013] 本发明旨在于实现上述目的，并且本发明的分离膜元件具有W下配置。
[0014] (1)-种分离膜元件，包括集水管W及多个分离膜叶，前述多个分离膜叶互相堆叠 并且卷绕在前述集水管周围，前述分离膜叶中的每一个包括各自具有进料侧面和渗透侧面 的一个或多个分离膜，并且被配置成使得前述进料侧面彼此面对，具有固定于其上的多个 突起的片材设置在互相堆叠的前述分离膜叶的前述渗透侧面之间，关于前述突起的高度， 最大高度与最小高度的比率为1.10至1.50,并且前述高度的变动系数为0.02至0.15, W及 前述突起向前述片材中的浸入比率为10%至100%。
[0015] (2)如（1)所述的分离膜元件，其中具有固定于其上的前述突起的前述片材具有在 其长度方向上的50N/5cm至800N/5cm的拉伸强度。
[0016] (3)如（1)或(2)所述的分离膜元件，其具有位于互相堆叠的前述分离膜叶的前述 渗透侧面之间的多个片材，其中前述多个突起固定于前述片材的至少一个。
[0017] (4)如（1)至(3)中任一项所述的分离膜元件，其中前述突起各自在前述突起固定 于前述片材的一侧具有下底部长度，前述下底部长度大于前述突起的上底部长度，并且前 述突起被布置成使得前述片材的不具有前述多个突起的面与前述分离膜叶的前述渗透侧 面保持接触。
[0018] (5)如（1)至(4)中任一项所述的分离膜元件，其中前述片材具有在其长度方向上 的40N/5cm至600N/5cm的前述拉伸强度、在其宽度方向上的15N/5cm至500N/5cm的拉伸强 度、在其长度方向上的5%至50%的拉伸伸长率W及在其宽度方向上的3%至40%的拉伸伸长 率。
[0019] 根据本发明，可W形成一种高效且稳定的渗透侧流动通道，由此可W获得具有移 除被分离的成分的能力和高渗透性能的高性能且高效率的分离膜元件。
[0020] 通过在水处理装置中使用分离膜元件，预期即使是在高压力操作条件下，在半咸 水和海水的脱盐中也在较长的时间段持续稳定操作。
[0021] 同样根据本发明，可W阻止分离膜下沉到渗透侧流动通道中，从而减小渗透侧上 的流动阻力，因此可W形成高效且稳定的渗透侧流动通道，并且可W获取具有移除被分离 的成分的能力和高渗透性能的高性能且高效率的分离膜元件。
[0022] 通过在水处理装置中使用分离膜元件，预期即使是在高压力操纵条件下，也阻止 分离膜下沉到通道构件之间，并且在半咸水和海水的脱盐中在较长的时间段持续稳定操 作。
【附图说明】
[0023] 图1为示出用于在本发明中使用的分离膜叶的一种构造的示意图。
[0024] 图2为示出具有在用于在本发明中使用的片材的长度方向（第二方向）上连续地形 成的突起的渗透侧通道构件的俯视图。
[0025] 图3为示出具有在用于在本发明中使用的片材的长度方向（第二方向）上间断地形 成的突起的渗透侧通道的俯视图。
[0026] 图4(a)和图4(b)各自为示出用于在本发明中使用的具有渗透侧通道构件的分离 膜的剖视图。
[0027] 图5为在图2的分离膜的长度方向上的剖视图。
[00%]图6为具有片材和突起的渗透侧流动通道的剖视图。
[0029] 图7为示出具有渗透侧通道构件的分离膜的剖视图，并且为在分离膜元件的操纵 试验之后的示意图。
[0030] 图8(a)和图8(b)各自为示出本发明的分离膜元件的一种构造的展开透视图。
[0031] 图9为用于在本发明中使用的渗透侧通道构件的剖视示意图。
[0032] 图10为示出用于在本发明中使用的分离膜主体的轮廓构造的剖视图。
【具体实施方式】
[0033] 下面详细地描述本发明的分离膜元件的实施例。
[0034] 在图1至图9中，在每个图中示出方向轴X轴、y轴和Z轴。X轴可称作第一方向，并且y 轴可作为第二方向。另外，第一方向可称作横向（cross direction)或宽度方向，并且第二 方向可作为纵向(machine direction)或长度方向。在图1、图8和图9中，第一方向（横向）由 箭头CD表示，并且第二方向（纵向）由箭头MD表示。
[0035] 在本说明书中，"质量"表示"重量"。
[0036] 本发明的分离膜元件为包括集水管和互相堆叠并且卷绕在集水管周围的多个分 离膜叶的分离膜元件，其中分离膜叶中的每一个包括一个或多个分离膜，每个分离膜具有 进料侧面和渗透侧面并且被配置成使得进料侧面面向彼此，并且片材设置在互相堆叠的分 离膜叶的渗透侧面之间，前述片材具有多个固定于其上的突起。
[0037] [1.分离膜] (1-1)分离膜概述 分离膜是指使得分离包含在进给到分离膜表面的流体中的成分和获取经过分离膜渗 透的渗透流体成为可能的膜。如在本发明中所指的分离膜包括压印的膜W及布置有树脂的 膜W形成流动通道。在另一方面，按照传统，不能形成流动通道而仅仅表现出分离功能的膜 可称作分离膜主体。
[0038] 作为运种分离膜的示例，图1示出用于在本发明中使用的包括分离膜的一个实施 例示例的分离膜叶的分解透视图。在图1中，分离膜2包括多个分离膜2a、2b和2c。第一分离 膜2a具有进料侧面21a和渗透侧面22a;第二分离膜化具有进料侧面2化和渗透侧面22b; W 及第=分离膜2c具有进料侧面21c和渗透侧面22c。互相堆叠的第一分离膜2a和第二分离膜 化被配置成使得第一分离膜2a的进料侧面21a面向第二分离膜化的进料侧面2化。另外，进 一步堆叠在其上的第=分离膜2c被配置成使得其渗透侧面22c面向第二分离膜化的渗透侧 面22b。第=分离膜2c的进料侧面21c是分离膜2的进料侧面。
[0039] 在本发明中，术语分离膜的"进料侧面"是指分离膜两个面之一且是将要对其进给 原水的一侧的表面。术语"渗透侧面"是指在相对侧的面，所述相对侧的面为已穿过分离膜 的渗透液通过其排出的表面。如下文所述，如图10所示，在分离膜2包括基底201、多孔支撑 层202和分离功能层203的情况下，一般来讲，在分离功能层203侧的面是进料侧面21，并且 在基底201侧的面是渗透侧面22。
[0040] 在图10中，分离膜2被表示为基底201、多孔支撑层202和分离功能层203的叠堆。如 上所述，在分离功能层203外侧展开的面为进料侧面21，并且在基底201外侧展开的面为渗 透侧面22。
[0041] 如图1等所示，分离膜2具有矩形形状，并且第一方向（CD)和第二方向(MD)分别平 行于分离膜2的外边缘。
[0042] (1-2)分离膜 <概述〉 作为分离膜，使用具有适合于其使用和预期用途等的分离性能的膜。分离膜可W形成 为单层，或者其可形成为包括分离功能层和基底的复合膜。如图10所示，复合膜可包括在分 离功能层203和基底201之间形成的多孔支撑层202。
[0043] <分离功能层〉 在一个优选实施例中，考虑分离性能和渗透性能，分离功能层的厚度在5nm至3,000nm 的范围内。特别是就反渗透膜、正向渗透膜W及微滤膜而言，优选的是每个膜具有5nm至 SOOnm的厚度。
[0044] 分离功能层的厚度可按照任何传统的测量分离膜厚度的方法来确定。例如，分离 膜被嵌入在树脂中，并且被切割成超薄切片。所获得的切片经受一些处理，诸如染色。然后 用透射型电子显微镜观察它们，从而厚度测量变成可能。当分离功能层具有權状结构时，在 另一方面，其厚度可通过在位于多孔支撑层上方的權状结构的横截面长度方向上对50nm间 隔的20个權皱进行高度测量并且计算运些所测量高度的平均值来确定。
[0045] 分离功能层可为同时具有分离功能和支撑功能的层，或者其可为单独具有分离功 能的层。另外，术语"分离功能层"是指至少具有分离功能的层。
[0046] 当分离功能层同时具有分离功能和支撑功能时，包含纤维素、聚偏二氣乙締、聚酸 讽或聚讽作为主要组分的层优选应用于运种分离功能层。
[0047] 另外，在本发明中，表述气包含Y作为主要组分"表示Y在X中的含量为50%质量或更 高，优选为70%质量或更高，更优选为80%质量或更高，甚至更优选为90%质量或更高，并且最 优选为95%质量或更高。对于两种或更多种组分对应于Y的情况，运些组分的总含量落入在 上述范围之内。
[0048] 在另一方面，对于由多孔支撑层支撑的分离功能层，从孔径易控制和持久性优异 的角度来看，优选使用交联高分子化合物。特别地，从分离原水中组分的优异性能的角度来 看，有利地使用通过多官能胺（9〇1八11]1(31:;[0]1日1 amine)和多官能酸面化物 (poly化nctional acid halide)的缩聚反应形成的聚酷胺分离功能层、有机-无机混合功 能层或类似物。运些分离功能层可通过在多孔支撑层上缩聚单体来形成。
[0049] 例如，分离功能层可包括聚酷胺作为主要组分。运种类型的膜可通过根据已知方 法对多官能胺和多官能酸面化物进行界面缩聚来形成。例如，将多官能胺的水溶液施加到 多孔支撑层上，用气刀去除过量的胺水溶液，并且之后将包含多官能酸面化物的有机溶剂 溶液施加到其上W形成聚酷胺分离功能层。
[0050] 分离功能层可具有包含娃元素等的有机-无机混合结构。具有有机-无机混合结构 的分离功能层可包含例如下面的化合物(A)和化合物(B): (A) 包含娃原子的娃化合物，其中具有乙締性不饱和基团的反应性基团和可水解基团 直接键合到娃原子，W及 (B) 化合物(A)之外的包含乙締性不饱和基团的化合物。
[0051] 具体地，分离功能层可包含化合物(A)中可水解基团的缩合产物和化合物(A)和/ 或化合物(B)中乙締性不饱和基团的聚合产物。更具体地，分离功能层可包含W下聚合产物 中的至少一个： 通过化合物(A)单独缩合和/或聚合形成的聚合产物； 通过化合物(B)单独聚合形成的聚合产物；W及 通过化合物(A)和化合物(B)的共聚作用形成的产物。
[0052] 此外，聚合产物中包含缩合物。且化合物(A)可经由在化合物(A)-化合物(B)共聚 物内的可水解基团而经历缩合。
[0053] 混合结构可通过公开的已知方法中的任一种形成。混合结构形成方法的一个示例 如下。将包含化合物(A)和化合物(B)的反应溶液施加到多孔支撑层。去除过量的反应溶液， 并且然后出于对可水解基团进行缩合的目的而执行热处理。作为用于使化合物(A)和化合 物(B)中乙締性不饱和基团聚合的方法，可W采用热处理、电磁波福射、电子束福射或等离 子体福射。为增大聚合速度，可W在形成分离功能层时添加聚合引发剂和聚合加速剂等。
[0054] 另外，关于分离功能层中的任一个，可使其膜表面在被使用之前成为亲水的，例如 借助包含乙醇的水溶液、碱性水溶液等。
[0化5] <多孔支撑层〉 多孔支撑层是支撑分离功能层并且可W转化成多孔树脂层的层。
[0056] 多孔支撑层在其中所使用的材料及其形状上并无特定限制。例如，多孔支撑层可 通过使用多孔树脂来在基底上形成。在形成多孔支撑层的过程中，可W使用聚讽、醋酸纤维 素、聚氯乙締、环氧树脂或者它们中任何两种或更多种的混合物或层合物。然而，在它们