[发明专利]一种锅炉给水除氧高分子膜的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种锅炉给水除氧高分子膜的制备方法。

技术背景

溶解氧是指以分子形态溶解在水中的氧气，氧的活泼性使之能与很多金属直接化合而造成化学腐蚀。在一些工业应用上，如半导体加工、医药、食品生产以及电厂锅炉给水方面，都需要进行溶解氧的脱除。尤其是在锅炉给水中，由于锅炉工作压力高、温度高，对于给水水质要求很高，水中的溶解氧如果不加以控制，含量过高，极其容易对锅炉或者输水管路的金属造成腐蚀，并沉积在内壁、管路表面，使锅炉受热不均而引起爆管，因此为了保证锅炉安全运行，脱除水中的溶解氧是非常必须的。

为了满足锅炉给水对氧含量的要求，工业上采取了多种技术及设备对锅炉给水进行除氧处理。传统的脱除水中溶解氧的方法有热力除氧、真空除氧、解析除氧、还原剂除氧、电化学除氧、催化除氧等。由于目前各种传统除氧方法都存在一定的不足，如工艺复杂，设备占地面积大，耗能较大，而且容易对环境造成污染，近年来，随着膜分离技术的迅速发展，利用膜接触器分离除氧技术有了很大进展。膜法除氧技术是将膜分离技术和脱气技术相结合的新型气体-液体膜分离过程。与传统的脱氧方法相比，膜法脱氧具有许多优点，例如占地面积小、运行成本低、常温操作能耗低，清洁无污染、无化学品消耗、效果稳定，膜使用寿命长，低压降、模块化膜组件便于安装运行维修以及流量增加后的扩容和出水水质要求的升级变化。

在国外，膜法脱氧技术已有商业化的应用实例，但是相关研究的文献报道较少。在国内，膜法脱氧技术还处于起步阶段，现有研究主要是考察各种已商业化膜接触器的除氧传质过程以及工艺优化，但是对在除氧效果中起着最关键作用和主要影响的高选择性膜的制备少有研究，本发明就是针对上述情况而探索的一种用于锅炉水膜法除氧高分子膜的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对工业上锅炉给水膜除氧器中的应用，提供一种除氧效果好、氧通量大、高选择透过性的除氧高分子膜的制备方法。

膜法除氧设备中，膜组件是由很多根细长的中空纤维膜制成的，其作用是加大气液接触面积，增加传质效率。膜将液相和气相分开，水进入膜组件后，在膜的另一侧抽真空，内腔呈负压，这时在膜的外侧，水中的溶解氧及二氧化碳等气体就会在负压的作用下，通过膜孔被抽出体系，从而实现气液分离。

根据分离对象是水中的溶解气体的脱除，除氧膜选用的是具有疏水性质的高分子材料制备而成，从而实现气体-液体膜分离，最终达到除去气体的目的。膜在除氧过程中，抽真空给分离过程提供压差推动力，由Young-Laplace公式得知，膜孔半径r越小，液体与膜的接触角θ越大、即膜的疏水性越强，则水的穿透压力越大，因此制备的膜的疏水性越强，能使水润湿并穿过膜孔的可能性越小，膜组件也能稳定的运行。

本发明通过对高分子膜材料添加致孔剂、非溶剂等来控制膜孔形态及膜表观性质，增加氧通量，增加膜材料中氧气分子的相对迁移速率，同时阻止水分子的透过。

本发明除氧高分子膜的制备方法中，采用的原材料及其质量分数为：

致孔剂：1%~10%

良溶剂：45%~87%

非溶剂：0%~5%

疏水膜材料：12%~40%

制备步骤如下：

a将配方含量的疏水膜材料添加到配方量的良溶剂中，控制温度在20~100℃，剧烈搅动，溶解后呈透明澄清溶液，再加入配方量的致孔剂和非溶剂，搅拌混合均匀；

b 将a步骤得到的铸膜液在真空干燥箱内控制20~100℃进行真空脱泡1~24h，将上述铸膜液进行纺丝或流延刮膜，在20~100℃环境下挥发5s~600s；

c 浸入凝胶浴中相转化成膜，用去离子水常温浸泡漂洗出溶剂，得到的高分子膜用易挥发有机溶剂浸泡后，氮气吹扫将膜吹干，即为成品膜除氧器用高分子膜。

所述致孔剂为氯化锂、氯化钠、氯化钙、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上的混合物；

所述良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；

所述非溶剂为水、丙酮、乙醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合物；

所述疏水膜材料为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈中的一种或两种以上的混合物。

上述方法制备的高分子除氧膜，氧通量大、除氧效果好、选择透过性高，可以用于制备膜法除氧器所需的膜。