CN101983756B - 一种螺旋卷式扩散渗析膜组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋卷式扩散渗析膜组件及其制备方法，特征是在两根中心管间夹入一张离子交换膜和在其两侧的流道隔网，相互紧贴着围绕中心管按同一方向一起卷，并在轴向边缘粘合密封成圆筒体；离子交换膜末端处在圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别粘结密封固定一侧流管，再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，两端头用粘合剂浇铸固定，构成带四个进出口接管的螺旋卷式扩散渗析膜组件。该设备紧凑装填密度大，可立体式组装占地面积小；可实现扩散液和渗析液流体径向螺旋式逆流流动，湍动程度大，传质效率较高，单位膜面积料液处理量大，易于与其它反应或分离设备集成。
Description
技术领域
本发明属于膜分离设备技术领域，特别涉及阴离子交换膜或阳离子交换膜和流道隔网围绕中心管一起卷制的，利用扩散渗析原理，用于分离回收工业废酸液或废碱液中的酸或碱的螺旋型分离膜组件及其制备方法。
背景技术
扩散渗析是以浓度差为推动力，利用离子通过膜发生选择性渗透而达到分离的目的，理论上不耗能，分为阳膜扩散渗析(如用于碱的回收)和阴膜扩散渗析(如用于酸的回收)。其中阴膜扩散渗析技术利用阴离子交换膜对氢离子与金属离子的选择透过性不同实现酸与盐的分离，是较为先进的工业废酸回收处理技术，在冶金工业及环保领域得到了广泛应用。在现有的技术中，美国专利US5264123和US5217612中所提出的扩散渗析器设备，以及山东天维膜技术有限公司、日本Astorm公司和美国Mech-Chem公司生产的扩散渗析器，均为板框式组件(也称平板式)，此类扩散渗析器由阴离子交换膜或阳离子交换膜、流道隔网、流道框、流道切换板、固定夹板以及至少四个流道管接口组成，其主体结构由“膜、网、框”依次叠加而成，通过框四周孔道连接形成扩散渗析器中膜异侧的两个流体通道，即扩散液流道和渗析液流道。但由于上述设备装填密度低，两端需用钢板夹紧，使得设备笨重，占地面积大，夹紧板易被腐蚀；由于采用多层片状结构，层与层之间不易密封，且需密封的边界线长，为保证膜两侧的密封，对板框和起密封作用的部件的加工精度要求高；由于采用多层隔板，造成流动阻力损失大，且流量分配不均匀，不易强化传质和减轻浓差极化；由于其结构所造成的每块板上料液的流程短，通过板面一次的透过液相对量少；为了使料液达到一定的浓缩度，需经过板面多次，或者料液需多次循环；流体流动速度低，流动类型大多为层流，从而湍动程度小，使得整个装置的传质效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种螺旋卷式扩散渗析膜组件及其制备方法，以解决现有扩散渗析装置设备笨重、传质效率较低的问题。
本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件，包括分布在离子交换膜两侧的流道隔网，其中一侧构成扩散液流道并与一对扩散液进出接管相连通，另一侧构成渗析液流道并与一对渗析液进出接管相连通；其特征在于：以拼合起来的一对中心管为轴心，由离子交换膜和流道隔网相互紧贴着螺旋式卷成圆筒体，在离子交换膜末端处该圆筒体外缘上两个径向对称的切线方向流道开口处分别粘结密封固定一侧流管，该侧流管紧靠圆筒形外壳的内壁与中心管平行布置；由流道隔网支撑起的空间构成流体通道并始终位于离子交换膜的两侧，其中一侧为扩散液流道，则另一侧为渗析液流道；扩散液由其中一根侧流管流入，通过分布在其周壁上的集液孔进入流道隔网，在离子交换膜一侧螺旋式由外向内流动，最后从分布在中心管周壁上的集液孔进入其中一根中心管并流出；渗析液由另一根中心管流入，由集液孔进入流道隔网，在离子交换膜另一侧螺旋式由内向外流动，最后通过集液孔进入另一根侧流管并流出。
本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，其特征在于：在两根中心管之间夹入一张离子交换膜和两张流道隔网，使两张流道隔网分别布置在离子交换膜的两侧，保持以中心管为界，两端离子交换膜长度相等，并将离子交换膜、流道隔网与中心管粘结固定；离子交换膜和流道隔网相互紧贴着围绕中心管按同一方向一起卷，边卷边在离子交换膜和流道隔网的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，卷成圆筒体；卷到离子交换膜末端处，在该圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别在两开口处各粘结密封固定一侧流管，该侧流管与中心管平行布置；再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，使侧流管紧靠外壳的内壁，膜芯的两端头与外壳之间用粘合剂浇铸固定，构成带四个进出口接管的螺旋卷式扩散渗析膜组件；所述中心管和侧流管的周壁上分布有集液孔；位于离子交换膜两侧的两组“中心管-流道隔网-侧流管”通道分别构成螺旋式的扩散液流道和渗析液流道。
所述离子交换膜为平板型膜；阴离子交换膜要求耐酸，通常由带有季铵基团的高分子材料制成；而阳离子交换膜要求耐碱，通常由带有磺酸基团或羧酸基团的高分子材料制成。
所述流道隔网可由聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(用于酸回收)、或聚酰胺(用于碱回收)材料所编织制成，单张流道隔网的长度为所用单张离子交换膜的0.5-1倍，可采用单层或多层，为了减小流动阻力，在组件径向上隔网的厚度可由外向内逐渐增厚。
所述中心管可采用截面为圆形的管道、截面为半圆形的管道、或管道主体部分即被离子交换膜及流道隔网包裹的部分管道截面为半圆形而管道接口端截面为圆形的管道；作为优选，采用管道主体部分即被离子交换膜及流道隔网包裹的部分管道截面为半圆形，而管道接口端截面为圆形的管道，这样可使一对中心管拼合起来后总体截面为圆形，以保证组件卷制形成后为圆筒体外形且中心管接口端截面为圆形，以方便连接。
所述侧流管可采用截面为圆形的管道、截面为半圆形的管道、截面为月牙形的管道、或管道主体部分即与离子交换膜接触的部分管道截面为半圆形或月牙形而管道接口端截面为圆形的管道；作为优选，采用管道主体部分即与离子交换膜接触的部分管道截面为月牙形而管道接口端截面为圆形的管道；侧流管的月牙形截面部分可以紧贴圆筒体外周以方便与离子交换膜密封固定，侧流管接口端截面为圆形以方便连接。
所述中心管和侧流管均可由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯材料制成。
所述外壳的截面可采用圆形、椭圆形或矩形，优选为圆形；可由聚氯乙烯、聚丙烯、或玻璃钢材料所制成。
作为在所述膜组件中安装侧流管的替代做法，可在所述圆筒体外缘两个径向对称的切线流道开口处，将膜的末端轴向封贴于外壳内壁上，或用密封条密封于膜末端外表面与外壳内壁之间，使两个流道开口完全隔开，再在外壳相应位置开孔，设置两个流道接口，以替代侧流管的作用。
本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件在作为回收工业废酸使用时，螺旋卷式扩散渗析膜组件内的离子交换膜选用平板型阴离子交换膜，废酸料液走渗析液流道，由内向外螺旋流动，水走扩散液流道，由外向内螺旋流动，两种流体的流动方式采取螺旋式逆流。利用扩散渗析原理，以浓度差作为推动力，由于废液侧的酸及其盐的浓度远高于水侧，所以膜两侧存在浓度梯度，废酸及盐类有向扩散液流道渗透的趋势，但阴离子交换膜具有选择透过性，不会让每种离子以均等的机会通过；首先阴离子膜骨架本身带正电荷，在溶液中具有吸引带负电的水化离子而排斥带正电荷水化离子的特性，故在浓度差的作用下，废酸侧的阴离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧；同时根据电中性的要求，也会夹带带有正电荷的离子，但由于氢离子的水化半径比较小，电荷较少，而金属盐的水化离子半径较大，又带有高价电荷，因此氢离子会优先通过膜，这样废液中的酸就会被分离出来，进入扩散液流道。本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件采用螺旋式逆流流动，增加了平均浓度差，提高了传质推动力；同时由于流体的流动路程长、流动速度快，增大了传质系数，使组件的性能达到优化。还可根据需要将本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件采取多个串并联使用。与回收工业废酸原理类似，本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件在作为回收工业废碱使用时，螺旋卷式扩散渗析膜组件内的离子交换膜选用平板型阳离子交换膜，由于阳离子膜骨架本身带负电荷，在溶液中具有吸引带正电的水化离子而排斥带负电荷水化离子的特性，故在浓度差的作用下，废碱侧的阳离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧；同时根据电中性的要求，也会夹带带有负电荷的离子，但由于氢氧根离子的水化半径比较小，电荷较少，而其它阴离子的水化离子半径较大，又带有高价电荷，因此氢氧根离子会优先通过膜，这样废液中的碱就会被分离出来。
由于本发明采用了螺旋卷式的扩散渗析膜组件结构，排列紧凑，装填密度大，体积小，重量轻，可立体式组装，占地面积小，无需夹紧装置；可实现扩散液和渗析液两种流体径向螺旋式逆流流动，增加了平均浓度差，提高了传质推动力，湍动程度大，传质效率较高，有利于强化传质和减轻浓差极化，单位膜面积料液处理量大，且易于与其它反应或分离设备集成。流体流动在径向上没有分支，流动路程长、流动速度快。与现有板框式结构的扩散渗析器相比较，本发明克服了现有技术设备庞大笨重，易漏液、易被腐蚀，传质效率较低，单位膜面积料液处理量小又不易串并联使用，且装置的制造成本较高等缺点。
在现有的卷式膜组件中，具有代表性的是卷式反渗透膜组件和卷式纳滤膜组件，与它们相比，由于本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件在原理和用途上与它们有较大区别，因此在其制备方法上也存在较大差异。如：本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件中心管由两根主体截面为半圆形管道拼合组成，而卷式反渗透和卷式纳滤膜组件中心管为一根圆形管道构成；本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件采用一整张膜卷制，而卷式反渗透和卷式纳滤膜组件往往采用多个膜袋叶并联卷制；本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件内两种流体流动方式为螺旋式逆流或并流流动，而卷式反渗透和卷式纳滤膜组件内一股流体为螺旋式流动，另一股流体为轴向流动，两股流体形成错流流动；与卷式反渗透和卷式纳滤膜组件相比，本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件卷制工艺更简便，卷制操作更易行，生产过程对自动化要求较低。
附图说明
图1为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的总体结构示意图；
图2为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的中心管及侧流管的示意图；
图3为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件膜、网、管装配示意图；
图4为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件卷制密封过程示意图；
图5为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜芯的横截面结构即流道示意图；
图6为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的可选外壳接管示意图；
图7为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的废酸回收性能测试装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图以实施例对本螺旋卷式扩散渗析膜组件作详细说明。
实施例1：有效膜面积为0.5平方米的螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备过程
图1为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的总体结构示意图；图2给出了螺旋卷式扩散渗析膜组件中心管及侧流管的示意图。在两根中心管1和7之间夹入一张离子交换膜3及两张流道隔网4和5，使两张流道隔网4和5分别布置在离子交换膜3的两侧，保持以中心管1和7为界，两端离子交换膜长度相等，并将离子交换膜3、流道隔网4、5与中心管1和7之间粘结固定；离子交换膜3及流道隔网4和5相互紧贴着围绕两根中心管1和7按同一方向一起卷，边卷边在离子交换膜3及流道隔网4和5的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，卷成圆筒体；卷到离子交换膜3末端处，在该圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别在两开口处各粘结密封固定一侧流管6和8，该侧流管6和8与中心管1和7平行布置；再以塑料薄膜将包括侧流管6和8在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳2内，使侧流管6和8紧靠外壳2的内壁，膜芯的两端头与外壳2之间用粘合剂浇铸固定，构成带四个进出口接管的螺旋卷式扩散渗析膜组件；所述中心管1、7和侧流管6、8的周壁上分别分布有集液孔10和9；位于离子交换膜3两侧的两组“中心管-流道隔网-侧流管”通道分别构成螺旋式的扩散液流道12和渗析液流道13。
所制成的螺旋卷式扩散渗析膜组件，包括分布在离子交换膜3两侧的流道隔网4和5，其中一侧构成扩散液流道12并与一对扩散液进出接管6和1相连通，另一侧构成渗析液流道13并与一对渗析液进出接管7和8相连通；以拼合起来的一对中心管1和7为轴心，由离子交换膜3及流道隔网4和5相互紧贴着螺旋式卷成圆筒体，圆筒体外缘粘结密封有一对侧流管6和8，并紧靠外壳2的内壁与中心管1和7平行布置；由流道隔网4和5支撑起的空间构成流体通道并始终位于离子交换膜3的两侧，其中一侧为扩散液流道12，则另一侧为渗析液流道13；扩散液由其中一根侧流管6流入，通过分布在其周壁上的集液孔9进入流道隔网4，在离子交换膜3一侧螺旋式由外向内流动，最后从分布在中心管1周壁上的集液孔10进入其中一根中心管1并流出；渗析液由另一根中心管7流入，由集液孔10进入流道隔网5，在离子交换膜3另一侧螺旋式由内向外流动，最后通过集液孔9进入另一根侧流管8并流出。
本实施例中，中心管1和7，侧流管6和8均采用耐酸碱的聚氯乙烯塑料管，其主体部分截面为半圆形，内径为20mm，半圆形截面部分长度与所用离子交换膜3的宽度相同，周壁分别开设有集液孔9和10，接口端截面为圆形，集液孔总面积之和大于端面圆管截面积，两中心管拼合起来后其总体为圆形；图3给出了本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件膜、网、管装配示意图：本实施例中，在中心管1和7之间夹入一张尺寸为1500×370mm的DF120型渗析阴膜(山东天维膜技术有限公司提供)作为离子交换膜3和两张聚丙烯流道隔网4和5，使两张聚丙烯流道隔网4和5分别布置在离子交换膜3的两侧，并端头对齐，流道隔网4和5的长度相等，且为离子交换膜3总长度的一半，在离子交换膜3长度方向二分之一处，用粘合剂使离子交换膜3、流道隔网4、5与中心管1、7粘结固定；图4为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件卷制密封过程示意图：保持离子交换膜3和流道隔网4、5相互紧贴，并在离子交换膜3及流道隔网4和5的轴向边缘涂上环氧树脂粘合剂，构成密封边11，以拼合在一起的中心管1和7为轴向中心，使流道隔网4和5靠近集液孔，按同一方向一起卷，制成圆筒体；图5为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜芯的横截面结构即流道示意图。如附图5中所示，将圆筒体外缘径向对称方向两流道开口边沿两侧流管6和8轴向封贴于管壁上，且开口端与集液孔9相通，“中心管1-流道隔网4-侧流管6”之间通道构成扩散液流道12，“中心管7-流道隔网5-侧流管8”之间通道构成渗析液流道13，扩散液流道12与渗析液流道13始终位于离子交换膜3的两侧，根据所流经的流动流体类型的不同，两流道名称可互换。将包括侧流管6和8在内的整个圆筒体以聚氯乙烯塑料薄膜绕紧密封固定，构成本螺旋卷式扩散渗析膜组件的膜芯。把膜芯安装于聚氯乙烯圆筒形外壳2中，端头用环氧树脂粘结剂浇铸密封固定，构成本螺旋卷式扩散渗析膜组件18。整个组件有效膜面积为0.5m2，外形尺寸为380×Φ90mm，设有四个进出口接管，即扩散液进口接管6、扩散液出口接管1、渗析液进口接管7和渗析液出口接管8。为方便串并联组装，可在外壳2上可安装矩形或六边形支架。
在本实施例其他条件不变的情况下，将中心管替换为截面为圆形的管道、或截面为半圆形的管道，都可制得类似的螺旋卷式扩散渗析膜组件；作为优选，本实施例中采用管道主体部分(即被离子交换膜及流道隔网包裹的部分)管道截面为半圆形而管道接口端截面为圆形的管道，这样可使一对中心管拼合起来后总体截面为圆形，以保证组件卷制形成后为圆筒体外形，中心管接口端截面为圆形，以方便连接。
在本实施例其他条件不变的情况下，将侧流管替换为截面为圆形的管道、截面为半圆形的管道、截面为月牙形的管道、或管道主体部分(即与离子交换膜接触的部分)管道截面为半圆形或月牙形而管道接口端截面为圆形的管道，都可制得类似的螺旋卷式扩散渗析膜组件；作为优选，采用管道主体部分(即与离子交换膜接触的部分)管道截面为月牙形而管道接口端截面为圆形的管道，侧流管的月牙形截面部分可以紧贴圆筒体外周，方便与离子交换膜密封固定，侧流管接口端截面为圆形，以方便连接。
所述中心管和侧流管除可由聚氯乙烯材料所制成外，也可由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或聚四氟乙烯材料所制成。
在其他条件不变的情况下，将本实施例中所用的DF120型渗析阴膜替换为其它平板型耐酸的阴离子交换膜或耐碱的阳离子交换膜，都可制得类似形状和结构的螺旋卷式扩散渗析膜组件。其中阴离子交换膜通常由带有季铵基团的高分子材料制成，由阴离子交换膜制得的膜组件用于废酸的分离回收；而阳离子交换膜通常由带有磺酸基团或羧酸基团的高分子材料制成，由阳离子交换膜制得的膜组件用于废碱的分离回收。
所述的流道隔网除可由聚丙烯材料所编织制成外，也可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(用于酸回收)、或聚酰胺(用于碱回收)材料所编织制成，单张流道隔网的长度可为所用单张离子交换膜的0.5-1倍，可采用单层或多层，为了减小流动阻力，在组件径向上，隔网的厚度可由外向内逐渐增厚。
所述的外壳的截面可采用圆形、椭圆形或矩形，优选为圆形；可由聚氯乙烯、聚丙烯、或玻璃钢材料所制成；考虑到成本问题，优选为聚氯乙烯材料。
图6为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的可选外壳接管示意图。如附图6所示，作为在所述膜组件中安装侧流管的替代做法，可在所述的圆筒体外缘两个径向对称的切线流道开口处，将膜的末端轴向封贴于外壳内壁上，或用密封条密封于膜末端外表面与外壳内壁之间，使两个流道开口完全隔开，再在外壳相应位置开孔，设置两个流道接口14和15，以替代侧流管的作用。
图7为本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的废酸回收性能测试装置示意图。如附图7所示，使用本螺旋卷式扩散渗析膜组件18进行废酸回收，在废酸高位槽17和水高位槽16中分别注入等体积的废酸与自来水，分别由渗析液进口接管7和扩散液进口接管6流入本螺旋卷式扩散渗析膜组件18，调节酸、水流量，维持废酸和自来水的流量比在一定范围内，保持液位，由渗析液出口接管8流出残酸，由扩散液出口接管1流出回收酸。为提高流速、方便计量和有利排气，在渗析液出口接管8和扩散液出口接管1可分别连接一台恒流泵或真空泵。
本实施例中所制作的有效膜面积为0.5m2的螺旋卷式扩散渗析膜组件适合于实验室小试研究用，其装填密度为206.9m2/m3；而相同膜有效面积的现有小型板框式扩散渗析器的装填密度仅为92.6m2/m3。
实施例2：有效膜面积为10平米螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备过程
本实施例中所采用的卷制方法与实施例1中相同，采用尺寸为14000×800mm的DF120型渗析阴膜，中心管和侧流管均为半圆形截面的聚氯乙烯塑料管，内径为Φ25mm，端头用聚氯乙烯管件粘结转换成圆形截面，流道隔网采用聚乙烯材料，所制成的螺旋卷式扩散渗析膜组件有效膜面积为10m2，外形尺寸为1000×Φ200mm。
若将本实施例中制成的螺旋卷式扩散渗析膜组件采用多台串并联，可更适合于工业废酸回收生产过程，其装填密度为356.7m2/m3，重量为17.8Kg，而现有山东天维膜技术有限公司生产的，装填32m2膜的HKY-025型板框式扩散渗析器的装填密度仅为173.2m2/m3，重量达280Kg。
实施例3：螺旋卷式扩散渗析膜组件回收工业钛白废酸液
采用如附图7中所示的螺旋卷式扩散渗析膜组件的废酸回收性能测试装置，使用实施例1中的螺旋卷式扩散渗析膜组件18进行废酸回收过程测试，模拟工业钛白废酸液，配制H2SO4/FeSO4料液样品，浓度见表1：
表1FeSO4/H2SO4料液样品的浓度
在废酸高位槽17和水高位槽16中分别注入等体积的废酸与自来水，调节酸、水流量，维持废酸和自来水的流量比约为0.9-1.2，保持液位，待稳定后，测定残酸和回收酸中的硫酸、硫酸亚铁浓度，计算H+回收率，Fe2+泄漏率等。采用酸碱滴定法测定H2SO4浓度，采用氧化还原滴定法测定Fe2+浓度。测试结果如表2所示：
表2FeSO4/H2SO4料液样品的扩散渗析结果
由表2可看出，对于FeSO4/H2SO4体系，H2SO4回收率可达80％以上，同时Fe2+的泄漏率小于20％，废酸的平均流量为0.978mL/min，也就是说，本实施例所用的螺旋卷式扩散渗析膜组件的单位膜面积废酸处理量为1.956mL/min.m2，而根据实验，要达到类似处理效果，小型实验用板框式扩散渗析器的单位膜面积废酸处理量只能达到1.1mL/min.m2左右，说明本螺旋卷式扩散渗析膜组件的传质效率优于现有技术的板框式扩散渗析器。
实施例4：螺旋卷式扩散渗析膜组件回收钢铁酸洗废液
如附图7所示，使用实施例1中的螺旋卷式扩散渗析膜组件18进行模拟钢铁酸洗废液回收过程测试，配制HCl/FeCl2料液样品，浓度见表3：
表3HCl/FeCl2料液样品的浓度
在废酸高位槽17和水高位槽16中分别注入等体积的废酸与自来水，调节酸、水流量，维持废酸和自来水的流量比约为0.9-1.2，保持液位，待稳定后，测定残酸和回收酸中的盐酸、氯化亚铁浓度，计算H+回收率，Fe2+泄漏率等。采用酸碱滴定法测定HCl浓度，采用氧化还原滴定法测定Fe2+浓度。测试结果如表4所示：
表4HCl/FeCl2料液样品的扩散渗析结果
由表4可看出，对于HCl/FeCl2体系，HCl回收率可达85％以上，同时Fe2+的泄漏率小于20％，废酸的平均流量为5.268mL/min，也就是说，本实施例所用的螺旋卷式扩散渗析膜组件的单位膜面积废酸处理量为10.536mL/min.m2，而根据实验，要达到类似处理效果，小型实验用板框式扩散渗析器的单位膜面积废酸处理量只能达到3.5mL/min.m2，说明本螺旋卷式扩散渗析膜组件的传质效率优于现有技术的板框式扩散渗析器，而且相对于实施例3中的FeSO4/H2SO4体系，对于HCl/FeCl2体系，这种优势更加明显。
由实施例1、实施例2、实施例3及实施例4，可得出本发明的螺旋卷式扩散渗析膜组件的装填密度较高，体积小，重量轻；由于两种流体可实现螺旋式逆流流动，使得传质推动力较大，传质效率较高，单位膜面积料液处理量较大。
Claims (9)
1.一种螺旋卷式扩散渗析膜组件，包括分布在离子交换膜两侧的流道隔网，其中一侧构成扩散液流道并与一对扩散液进出接管相连通，另一侧构成渗析液流道并与一对渗析液进出接管相连通；其特征在于：以拼合起来的一对中心管为轴心，由离子交换膜和流道隔网相互紧贴着螺旋式卷成圆筒体，离子交换膜和流道隔网的轴向边缘由粘合剂粘合密封，在离子交换膜末端处该圆筒体外缘上两个径向对称的切线方向流道开口处分别粘结密封固定一侧流管，该侧流管紧靠圆筒形外壳的内壁与中心管平行布置；由流道隔网支撑起的空间构成流体通道并始终位于离子交换膜的两侧，其中一侧为扩散液流道，则另一侧为渗析液流道；扩散液由其中一根侧流管流入，通过分布在其周壁上的集液孔进入流道隔网，在离子交换膜一侧螺旋式由外向内流动，最后从分布在中心管周壁上的集液孔进入其中一根中心管并流出；渗析液由另一根中心管流入，由集液孔进入流道隔网，在离子交换膜另一侧螺旋式由内向外流动，最后通过集液孔进入另一根侧流管并流出。
2.权利要求1所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，其特征在于：在两根中心管之间夹入一张离子交换膜和两张流道隔网，使两张流道隔网分别布置在离子交换膜的两侧，保持以中心管为界，两端离子交换膜长度相等，并将离子交换膜、流道隔网与中心管粘结固定；离子交换膜和流道隔网相互紧贴着围绕中心管按同一方向一起卷，边卷边在离子交换膜和流道隔网的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，卷成圆筒体；卷到离子交换膜末端处，在该圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别在两开口处各粘结密封固定一侧流管，该侧流管与中心管平行布置；再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，使侧流管紧靠外壳的内壁，膜芯的两端头与外壳之间用粘合剂浇铸固定，构成带四个进出口接管的螺旋卷式扩散渗析膜组件；所述中心管和侧流管的周壁上分布有集液孔；位于离子交换膜两侧的两组“中心管-流道隔网-侧流管”通道分别构成螺旋式的扩散液流道和渗析液流道。
3.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述离子交换膜为平板型膜；阴离子交换膜由带有季铵基团的高分子材料制成；阳离子交换膜由带有磺酸基团或羧酸基团的高分子材料制成。
4.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述流道隔网由聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯或聚酰胺材料编织制成，单张流道隔网的长度为所用单张离子交换膜的0.5-1倍，采用单层或多层；在组件径向上隔网的厚度由外向内逐渐增厚。
5.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述中心管采用截面为圆形的管道、截面为半圆形的管道、或管道主体部分即被离子交换膜及流道隔网包裹的部分管道截面为半圆形而管道接口端截面为圆形的管道。
6.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述侧流管采用截面为圆形的管道、截面为半圆形的管道、截面为月牙形的管道，或管道主体部分即与离子交换膜接触的部分管道截面为半圆形或月牙形而管道接口端截面为圆形的管道。
7.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述中心管或侧流管均由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯材料制成。
8.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于所述组件外壳的截面选用圆形、椭圆形或矩形；由聚氯乙烯、聚丙烯或玻璃钢材料制成。
9.如权利要求2所述螺旋卷式扩散渗析膜组件的制备方法，特征在于在所述的圆筒体外缘两个径向对称的切线流道开口处将膜的末端轴向封贴于圆筒体外壳的内壁上，或用密封条密封于膜末端外表面与圆筒体外壳的外壳内壁之间，使两个流道开口完全隔开，再在圆筒体外壳的相应位置开孔设置两个流道接口。
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