[发明专利]一种中空纤维陶瓷膜元件及其组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维陶瓷膜元件及其组件，属于材料加工和膜分离设备领域。

背景技术

近年来，膜分离作为一种新型的高精度、低能耗的分离、浓缩、提纯及净化技术，逐渐成为化学化工、食品加工、废水处理方面的重要分离过程。

目前已经应用的分离膜按材料分为无机膜和有机膜，无机膜具有有机膜所无法比拟的一些优点：

(1)化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；

(2)机械强度大，可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗；

(3)抗微生物能力强，不与微生物发生作用，可以在生物工程及医学科学领域中应用；

(4)耐高温，一般均可以在400℃下操作，最高可达800℃以上；

(5)孔径分布窄，分离效率高。

目前我国已实现了管式多通道陶瓷微滤、超滤膜的工业化生产，并在相关的工业过程中获得成功的应用。而现今陶瓷膜的主要不足之处在于其单位膜面积组件的造价较高，其主要原因之一是管式多通道膜自身的装填密度较小，以至于相同膜面积的设备体积较大，设备投资高于卷式有机膜和中空纤维有机膜，从而限制了陶瓷膜的应用领域。因此，开发出高装填密度、低运行成本的陶瓷膜产品十分必要，表1为不同构型陶瓷膜的最大装填密度比较，可见中空纤维陶瓷膜在节省设备投资等方面具有很大优势。

表1不同构型陶瓷膜组件装填密度比较

膜构型型号   最大装填密度/(m²/m³)19通道管式陶瓷膜外径Φ31mm，通道直径Φ4mm   248中空纤维陶瓷膜外径Φ3mm，内径Φ2mm   698

但是，中空纤维陶瓷膜在大规模应用过程中面临着密封头的封装和组件的组装两大问题。目前中空纤维陶瓷膜由于其膜组件的封头大多采用环氧树脂等有机聚合物材料进行密封，如专利WO2004/103532公开了一种采用聚合物进行两端密封的中空纤维陶瓷膜组件及其制作的方法，但是，有机聚合物对高温、强酸、强碱、强腐蚀的耐受性能有限，从而使得中空纤维陶瓷膜的应用领域受到了很大的限制。针对有机聚合物封头的问题，有报道(如专利WO2006/009449)采用混凝土材料对中空纤维陶瓷膜进行封装，该方法在一定程度上解决了组件耐高温的问题，但是混凝土材质仍没有能够很好解决组件耐强酸、强碱、强腐蚀的问题，而且在大规模制作和应用过程中，混凝土封头容易开裂，进一步限制了该方法的推广。对于中空纤维陶瓷膜组件的组装问题，由于单根中空纤维陶瓷支撑体自身强度相对较低，目前制得的中空纤维陶瓷膜的单根长度一般不超过600mm，这就使得目前组装的组件长度也只有600mm左右，并且每个组件对应一个壳体，这就造成了目前中空纤维陶瓷膜单位膜面积的设备投资和加工费用较高，拆卸和更换比较麻烦，成套装备的体积膜面积较小，占地相对较大，不利于中空纤维膜的大规模应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适合于在各种苛刻条件下应用的中空纤维陶瓷膜元件，并在此基础上设计成一种方便连接的模块化中空纤维陶瓷膜组件，解决上述现有技术中空纤维陶瓷膜封装方法存在的不耐高温、强酸、强碱和强腐蚀环境等问题；同时也解决了上述膜组件组装方法不能模块化安装、单位膜面积的设备投资和加工费用较高、拆卸和更换比较麻烦等问题。