專利名稱：嵌入式超聲場強化無機膜分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及以超聲波防止無機膜污染的無機膜分離器，適用于工業(yè)廢水處理及其他 行業(yè)中兩相體系的液固分離。
背景技術(shù)：
無機膜分離是近幾十年迅速發(fā)展的一種新型分離技術(shù)，因具有分離效率高，強度大，耐 酸堿等優(yōu)點受到人們廣泛關(guān)注。但在實際應(yīng)用時，膜通量會隨著時間的延長而逐漸下降。研 究表明膜污染與濃差極化現(xiàn)象是導(dǎo)致膜通量下降的主要原因。因此，在膜管使用一段時間 后，需加入一定的化學(xué)試劑對其進行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗雖能在一定程度上提高膜通量，但 同時也帶來了二次污染，且化學(xué)試劑容易損壞膜管，縮短膜管的使用壽命，化學(xué)清洗還增加 了操作的繁瑣，增加操作成本。
為解決膜污染與濃差極化帶來的問題，國內(nèi)外許多專家與學(xué)者將超聲場與膜分離技術(shù)相
結(jié)合，研究了超聲強化膜分離過程的影響。如TakaomiKobayashi等研究了超聲場強化PAN 膜等有機膜微濾蛋白胨時，結(jié)果表明超聲能有效控制蛋白胨對PAN膜等有機膜的污染，提高 膜通量。Simon等人將超聲應(yīng)用于P/。的葡聚糖的超濾過程，膜通量提高了3倍。但張國俊， 劉忠洲等在考察超聲波清洗對中空纖維膜超濾膜損傷時，認(rèn)為超聲波對膜的損傷程度與超聲 功率大小密切相關(guān)，功率大于30W后，超濾膜截留率下降明顯，特別是在超聲波功率大于50W 后，實驗中可用肉眼觀察到膜表面的針孔現(xiàn)象。因此，在采用超聲波來清洗超濾膜或用超聲 波作為強化滲透的一種手段時，超聲波對有機膜的損傷是一個不可忽視的問題。
實際上，超聲對無機膜的損傷較小。張旭等人研究發(fā)現(xiàn)在CoX催化苯乙烯氧化-膜分離 耦合連續(xù)反應(yīng)過程中，將運行后膜通量下降后的膜管取出浸入裝有溶劑的燒杯中，將燒杯放 入超聲振蕩器中超聲5 min，超聲頻率為40KHz，膜通量可得到完全恢復(fù)。陶玲、邢衛(wèi)紅用 陽極氧化鋁無機陶瓷膜過濾牛血清白蛋白溶液后，超聲清洗10min，純水通量可以恢復(fù)到新 膜的75 %。
但是，將超聲與無機膜分離技術(shù)相結(jié)合的分離器迄今未見報導(dǎo)。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對膜污染與濃差極化現(xiàn)象，提供一種嵌入式超聲場 強化無機膜分離器，以便有效控制膜污染、減輕濃差極化現(xiàn)象，實現(xiàn)在線提高膜通量，延長 無機膜的使用壽命，簡化操作工序，減少操作成本。
本實用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
3本實用新型嵌入式超聲場強化無機膜分離器的結(jié)構(gòu)特點是采用嵌入式結(jié)構(gòu)形式，超聲波 換能器置于膜管的內(nèi)部，料液入口和截留液出口分別為膜組件的上端口和下端口，滲透液出 口位于膜組件的外周側(cè)部，膜管為單通道無機陶瓷膜管。
本實用新型嵌入式超聲強化無機膜分離器的結(jié)構(gòu)特點也在于 所述膜管的陶瓷膜是由A1203、 Zr02、 Ti02或Si02無機材料制成的多孔膜。 所述超聲波換能器通過螺紋密封連接在陶瓷膜管中，頻率為20KHz-100KHz可調(diào)，功 率為0-600 W連續(xù)可調(diào)。
與已有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在
1、 本實用新型利用超聲場引起膜表面的振動、超聲空化現(xiàn)象、聲流、以及輻射壓等因 素以強化膜分離過程。超聲引起膜表面的震動能使吸附在膜表面的顆粒脫落。超聲空化現(xiàn)象 是在液體中常見的一種物理現(xiàn)象，在液體中由于渦流或超聲波等物理作用，某些地方形成局 部的暫時負(fù)壓區(qū)，從而引起液體的斷裂，形成微小的空泡或氣泡。液體中產(chǎn)生的這些空泡或 氣泡處于非穩(wěn)定狀態(tài)，有初生、發(fā)育和隨后迅速閉合的過程。當(dāng)它們迅速閉合破滅時，會產(chǎn) 生微激波，能夠除去或削弱層流底層的厚度，同時空泡還能"鉆入"裂縫中做振動，使污層 脫落。聲流和輻射壓是大振幅波在媒介中傳播時產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象?？栈瘹馀菰谡袷庍^程中 會使液體媒介本身產(chǎn)生一種環(huán)流，即所謂的聲流。它可使振動氣泡表面處存在很高的速度梯 度和粘滯力，促使膜表面的污物的破壞和脫落，從而控制膜污染，減輕濃差極化現(xiàn)象，實現(xiàn) 在線提高膜通量，延長無機膜的使用壽命，簡化操作工序，減少操作成本。
2、 本實用新型巧妙利用無機膜強度大的特點，能夠承受超聲所產(chǎn)生的機械作用和空化 效應(yīng)，避免膜面的損壞。
3、 本實用新型采用嵌入式的結(jié)構(gòu)形式，超聲波的傳播方向是以超聲換能器為中心向 四周發(fā)射，能量可以被充分利用。
4、 本實用新型因其可以有效地控制膜污染和濃差極化，因此可以應(yīng)用于膜法能夠分離 但是因其高污染、難清洗而嚴(yán)重而影響分離生產(chǎn)的體系；對于一些對超聲敏感的物料體系， 通過超聲的機械振蕩、空化作用改變體系與膜的作用形式，實現(xiàn)強化分離；也可以應(yīng)用于對 化學(xué)清洗劑不穩(wěn)定而難以化學(xué)清洗的物料體系。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號l料液入口、 2超聲波換能器、3膜管、4膜組件、5滲透液出口、 6密封圈、 7截留液出口。
4以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述
具體實施方式
參見圖1，本實施例采用嵌入式結(jié)構(gòu)，超聲波換能器2置于膜管的3內(nèi)部，超聲波的傳
播方向是自中心向四周發(fā)射；料液入口 1和截留液出口 7分別為膜組件4的上端口和下端 口，滲透液出口5位于膜組件4的外周側(cè)部，膜管3為單通道無機陶瓷膜管，膜管3的陶瓷 膜可以是由Al203、 Zr02、 Ti02或Si02無機材料制成的多孔膜；膜組件4是用于支撐、安裝 膜管的殼體，可以采用金屬制造，膜組件4的內(nèi)部安裝膜管3，外部通過連接件與系統(tǒng)管路 連接，密封圈6在陶瓷膜管3與膜組件4之間形成密封。 具體實施中也包括
超聲換能器2為不銹鋼制品，長度為450 mm，直徑為28 mm，頻率為20 KHz-100 KHz 可調(diào)，功率為0-600 W連續(xù)可調(diào)，通過螺紋密封連接而插入陶瓷膜管中；陶瓷膜管為單通道， 外徑56mm，內(nèi)徑40mm，長500mm，陶瓷膜管有效面積為0.064 m2;膜組件長500mm, 外徑67mm，內(nèi)徑62mm，膜管的均孔徑為0.2um 。
實施例l:
在操作壓力為0.1-0.15 MPa，錯流速度為1.0m.s"，TiO2溶液濃度1.0g丄"-1.5 g'I/1，， 溶液溫度20-30°C， pH值2.0-4.0，超聲功率180 W，頻率為21 KHz，反沖壓力為0.6 MPa， 反沖時間為3s，反沖周期為10min的條件下，考查了嵌入式超聲強化無機膜分離器對分離 粉體顆粒Ti02的過程。結(jié)果顯示嵌入式超聲強化無機膜分離器使得膜滲透通量提高約 7%-9%。
實施例2:
在操作壓力為0.1-0.15 MPa，膜面錯流速度為l.Om.s'1，聚丙烯酰胺溶液初始濃度為 1.0 g丄"，溶液溫度20-30°C， pH值2.0-4.0，超聲場功率180W，超聲場頻率為21 KHz， 反沖壓力為0.6 MPa，反沖時間為3 s，反沖周期為10 min的條件下，考查了嵌入式超聲強 化無機膜分離器對分離微濾聚丙烯酰胺溶液的過程。結(jié)果顯示嵌入式超聲強化無機膜分 離器應(yīng)用于無機陶瓷膜微濾聚丙烯酰胺大分子溶液的過程，能提高20-25%的膜通量。
權(quán)利要求1、嵌入式超聲場強化無機膜分離器，其特征是采用嵌入式結(jié)構(gòu)形式，超聲波換能器(2)置于膜管(3)的內(nèi)部，料液入口(1)和截留液出口(7)分別為膜組件(4)的上端口和下端口，滲透液出口(5)位于膜組件(4)的外周側(cè)部，膜管(3)為單通道無機陶瓷膜管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式超聲強化無機膜分離器，其特征是所述超聲波換能器 (2)通過螺紋密封連接在陶瓷膜管(3)中，頻率為20KHz-100KHz可調(diào)，功率為0-600 W連續(xù)可調(diào)。
專利摘要嵌入式超聲場強化無機膜分離器，其特征是采用嵌入式結(jié)構(gòu)形式，超聲波換能器置于膜管內(nèi)部，料液入口和截留液出口分別為膜組件的上端口和下端口，滲透液出口位于膜組件的外周側(cè)部，膜管為單通道無機陶瓷膜管。本實用新型利用超聲波在液體中傳播表現(xiàn)的機械作用、空化效應(yīng)與無機膜分離技術(shù)強度大的特點相結(jié)合，以解決膜污染、濃差極化現(xiàn)象的問題，實現(xiàn)在線提高膜管的滲透通量，延長無機膜的使用壽命，簡化操作工序，減少操作成本。
文檔編號C02F1/44GK201264930SQ200820040139
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者鵬 崔, 趙先治, 陳桂娟 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)