[发明专利]一种复合平板滤膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于平板膜领域，具体地涉及一种复合平板滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

相比于中空纤维膜，平板膜具有更好的抗污染性能、良好的机械稳定性、无断丝现象、清洗方法更加便捷，清洗周期更长、寿命长，运行费用低、膜片更换过程简单等优势，已逐渐广泛地被环境保护工作者和爱护环境人士认识、认知和在相关行业污水处理中应用。

膜组件是MBR的核心部分，目前工程化应用中主要采用中空纤维膜组件和平板膜组件。平板膜与中空纤维膜具有不同的特点，适用范围也有区别，平板膜具有水力学条件易于控制、通量高、抗污染能力强和清洗更换方便等特点，且能够在更高污泥浓度条件下保持高通量稳定运行；中空纤维具有装填密度大、价格便宜等优点。截止2006年，据不完全统计在世界范围内运行的MBR达2259套，其中平板膜生物反应器的比例占到了68%。然而，在中国平板膜生物反应器的工程化应用程度还很低，明显滞后于中空纤维膜生物反应器。

传统的平板膜组件是按平板膜、粗网支撑材料、ABS支撑板、粗网支撑材料的顺序交替组装一起制成，其支撑板的两侧表面有窄缝，其内腔有供透过液流通的通道，支撑板的表面与平板膜相贴，对膜起支撑作用。其支撑板采用ABS塑料注塑成型，厚度一般为5～8mm，对于1m²的平板膜单元，重量一般在3公斤左右，该支撑板的成本将占到整体膜组件成本的50%以上，可见成本过高是平板膜组件不能进一步推广应用的瓶颈。

多年来，平板膜科研工作者也试着在改进平板膜的结构以降低平板膜元件的成本。例如，迈纳德膜技术有限公司的申请号为200980113265.X，发明名称为“过滤复合材料及其制造方法和由过滤复合材料制成的扁平过滤元件”，公开了一种过滤复合材料（10），其包括一个第一和第二过滤膜（1,5）与一个设置它们之间的排水织物（3）。排水织物（3）和过滤膜（1,5）借助粘接网（2,4）相互层压，所述排水织物（3）和各所述过滤膜（1,5）借助粘接网（2,4）相互层压。其实质是将传统的平板膜借助粘接网与排水织物相连，该方法制作的过滤元件不需用ABS支撑板，节约了使用成本且还减轻了过滤元件的重量，但是过程比较繁琐，且传统平板膜与排水织物之间的粘接性能还需考证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合平板滤膜，该复合平板滤膜可作为一个平板膜元件使用，其在制作平板膜元件时不需使用ABS支撑板和导流网，该复合平板膜可反洗，通量大，膜厚及孔径可调。

本发明的又一目的是提供一种复合平板滤膜的制备方法，该制备方法简单，流程短，易于实现工业化生产。

本发明的再一目的是提供一种复合平板滤膜在膜生物反应器中的应用。

本发明的复合平板滤膜是由支撑层和过滤层组成，含有五层结构，其中三层为支撑层，两层为过滤层，该支撑层是由两层瓦楞形结构的板和一层平板形结构的板复合而成，该过滤层是由铸膜液涂覆在支撑层上成膜而制得。

本发明的一种复合平板滤膜的制备方法，该方法至少包括以下步骤：

1）制备支撑层材料：将瓦楞形结构的板、平板形结构的板、瓦楞形结构的板按顺序复合在一起；

2）配制铸膜液：在40～90℃下，将高分子材料、成孔剂、溶剂按照质量比10～40：2～16：44～88混合、搅拌、溶解、过滤、脱泡后制得铸膜液；

3）配制凝固浴液：将溶剂与水按质量百分比0～45：55～100配制凝固浴液；

4）将刮膜机左右两侧的刮刀与步骤1）制备得到的支撑层材料之间的距离调成等距离，再开启平板膜刮膜机，在30～80℃下，将步骤2）制备得到的铸膜液同时刮在该支撑层材料的两外表面，在空气中晾1～30s再进入步骤3）制得的凝固浴液中凝固成形或直接进入步骤3）制得的凝固浴液中凝固成形，水洗、晾干而制得本发明的复合平板滤膜。

所述步骤1）中的板是由3～10层无纺布，经加热，使无纺布上的热熔胶熔融制备而成；

所述步骤2）中高分子材料为聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚砜、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、聚丙烯腈或聚氯乙烯中的一种；

所述步骤2）中溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种；

所述步骤2）中成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一种或者两种的混合物，聚乙烯吡咯烷酮型号选自K12、K17、K25、K30、K60、K90，聚乙二醇分子量为200-20000；

所述步骤4）中距离为0.05～0.2cm；

所述步骤4）中空气的温度为10～40℃，湿度为30～99%；