[發明專利]一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件

有效

• 申請號: 201310065825.7
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103114343A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李建新;徐天成;付振剛
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D01D5/24
• 分類號: D01D5/24
• 代理公司: 北京修典盛世知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11424
• 代理人: 胡長遠

技術領域

本發明屬于中空纖維膜領域，具體涉及一種十九通道中空纖維膜及用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件。通過本發明所得的中空纖維膜適用于氣體和液體分離用。

背景技術

中空纖維膜具有單位體積裝填密度大、結構簡單、無需任何支撐體、易于清洗、低能耗、不產生二次污染等優點，已經廣泛應用于大規模海水淡化、醫藥、食品、化工、污水處理、氣體分離等各個領域。目前普遍采用的是單通道聚合物中空纖維膜，由于膜絲強度不足，在應用中不可避免地出現斷絲現象，導致整個膜組件失效，進而對整個分離系統構成威脅。

噴絲板的作用是將黏流態的高聚物熔體或溶液，通過微孔轉變成有特定截面狀的細流，經過凝固介質如空氣或凝固浴固化而形成絲條。聚合物中空纖維膜制備的關鍵部件是噴絲板組件。針對該問題，近年來，研究者們著手在噴絲板上進行各種改進，或采用多通道的方式，或采用復合膜的方式，試圖克服這些問題。世界專利（WO?2006/012920?A1）報道通過噴絲板的設計，對單通道和多通道膜局部壁厚進行增加，以提高膜強度。但是膜絲間隙的增大會明顯降低膜組件裝填密度。中國發明專利（CN101920172?A）報道采用三孔噴絲板制備出了聚氯乙烯多通道中空纖維膜，但其噴絲板與傳統單孔噴絲板類似，只是增加了針管數量，且由于其斷面小孔面積占總斷面面積較小，單位膜面積上需要耗費更多的膜材料。為了增加膜強度，又不至于增加過膜阻力，人們考慮由支撐層提供膜強度，而表面功能層提供膜分離性能，這樣出現了單通道的復合膜。中國發明專利（CN?101766960?A）報道采用一種復合中空纖維膜的制備方法。該方法采用聚苯硫醚為增強材料，隨單通道膜絲同時從噴絲板擠出，植入膜絲支撐層，從而提高膜強度。但由于中空纖維膜壁厚較薄，植入的聚苯硫醚位置容易偏離支撐層，不僅加大了制備難度，也容易造成膜表面功能層缺陷。

一般而言，在中空纖維膜組件的使用過程中，每根膜絲出現斷絲的概率是一樣的。膜絲結構上由單通道變為多通道，首先，結構強度的增加降低了單根膜絲斷絲的概率。其次，通道數的增加意味著同樣有效膜面積的組件所需膜絲根數降低，從而進一步降低了組件斷絲的概率。2012年，期刊《Desalination?and?Water?Treatment》（脫鹽與水處理）第42卷24-29頁報道了七通道中空纖維膜外徑大小、小孔間隙大小與膜裝填密度以及單位膜面積膜材料用量之間的關系。他們發現：當膜小孔直徑固定為0.9mm時，七孔膜外徑小于4.02mm時能夠得到在單位膜面積膜材料用量上少于單通道中空纖維膜。當七孔膜外徑小于3.92mm時，其裝填密度上大于單通道中空纖維膜。同時，該文獻報道了兩種多通道中空纖維膜產品：小通道七通道中空纖維膜（外徑4.0mm，內徑0.9mm）和大通道七通道中空纖維膜（外徑6.0mm，內徑1.5mm），其膜絲單位體積膜面積分別為1575m²/m³和1167m²/m³（見表3）。

在原料使用方面，多通道中空纖維膜由于將多根膜絲集成在一起，降低了單位膜面積的原料使用量從而降低了生產成本，是未來制膜的發展方向之一。然而，欲進一步降低原材料使用量，卻難以通過降低膜壁厚實現。七孔膜外徑進一步降低，會使小孔間隙急劇降低，從而加大七孔膜的制備難度，降低七孔膜結構強度，最終影響膜使用性能和膜壽命。中國專利（CN201216922Y）報道采用聚氯乙烯材料制備出七通道超濾膜，其膜絲外徑3.8mm，內徑0.7mm。由此可見，其七孔膜外徑降低是以減小小孔直徑為代價的，這樣就降低了單根膜絲的有效膜面積。而且，在實際使用過程中，七孔膜中單孔直徑過小，容易造成堵塞或膜污染，影響膜材料的使用效率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件。通過噴絲板組件結構的設計與調控，實現所制備的十九通道中空纖維膜單位體積膜面積大、機械性能高，從而解決現有技術存在的中空纖維膜使用過程中容易斷絲，而通常多通道單位膜面積材料成本過高、裝填面積低等問題。通過本發明所得的中空纖維膜適用于氣體和液體分離用。

本發明涉及一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，該噴絲板組件包括分配板、蓋板和底板，其中，

所述蓋板中央植入十九個針管，其中一個針管位于中央，六個針管圍繞中央針管在直徑三倍于針管外徑上沿圓周均勻分布，十二個針管圍繞沿圓周均勻分布的六個針管在直徑六倍于針管外徑的圓周上均勻分布；