[发明专利]一种利用远程等离子体对膜组件整体改性的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用远程等离子体对膜组件进行整体改性的装置及方法，属于膜分离技术和等离子体技术领域。

背景技术

膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择性能来分离、提纯和浓缩目的产物的新型分离技术。由于具有能耗低、分离效率高、设备简单、操作控制方便以及不污染环境等优点，已广泛应用于化工、医药、轻工、食品、纺织、电子、冶金等领域。所谓膜组件是将一定面积的膜元件以某种形式组装成的膜分离器件，是工程应用当中安装膜的基本单元。膜按其形状有平板膜和管状膜两类，其中，管状膜有中空纤维膜、管膜、毛细管膜。膜组件可分为板框构型、卷式构型和管式构型三种。板框式和卷式膜组件均使用平板膜，管式构型组件可以使用中空纤维膜、管膜或毛细管膜，相应的膜组件分别称为中空纤维膜组件、管式膜组件和毛细管膜组件。

随着膜分离技术的发展，单一的膜材料已不能满足实际应用中对不同截留分子量、化学稳定性、机械强度和耐污染等综合性能以及一些特定分离性能的需要，而开发新型材料以制备不同性能的膜需耗费大量的精力和财力，因此，对高分子膜材料，通常采用膜表面改性的方法，在膜基体材料上引入特定的基团或聚合物支链，以改善膜的分离性能或使膜表面功能化。

等离子体表面改性的原理是非聚合性气体在等离子体反应器中被等离子体激发，生成离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子，这些活性粒子轰击膜材料表面，产生表面自由基或形成交联结构，可在膜表面引入特定官能团，甚至进一步通过与有机单体反应、聚合接枝，在膜表面形成新的聚合物支链。等离子体接枝由于具有可选择单体范围广、仅对表面改性、引入接枝层薄而均匀等特点受到人们的广泛关注。

远程等离子体是上世纪90年代出现的利用等离子体处理的新技术。与传统等离子体处理不同，样品不是放置于放电区，而是离开放电区一段距离，由于等离子体中的自由基具有比电子和离子更长的寿命，因此，在远离放电区的位置，自由基的浓度较高，而电子、离子的浓度较低，从而减少了由于电子、离子等高能活性粒子对试样的轰击而引起的损伤，有利于控制目的性反应，特别是强化自由基引发的化学反应。

国内西安交通大学陈杰瑢所申请的实用新型专利(CN101530777A)公开了一种等离子化学反应装置，包括真空泵、放电反应管、缠绕在放电反应管的进口管段上的电感线圈、射频电源和储气罐。其特征在于，还包括作为远程区的自由基反应室，其出口与真空泵连通，进口与放电反应管的出口连通。放电反应管靠进口段为放电区，靠出口段为扩散区。放电反应管和自由基反应室为一个整体管段。采用该套装置，该小组成员利用氩、氮等远程等离子体对聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)以及活性炭纤维等材料成功进行了改性。

不过，目前的远程等离子体技术只限于对放置于放电反应管内的膜个体(包括中空纤维膜、管膜、毛细管膜和平板膜)进行表面改性，无法对由多/单根膜组装构成的中空纤维膜组件、管式膜组件或毛细管膜组件进行规模修饰，也无法对由多/单片平板膜组装构成的板框式膜组件进行规模修饰。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有远程等离子体表面改性装置无法对多张平板膜或管状膜组成的整个膜组件进行规模修饰的缺点，而提供一种利用远程等离子体对膜组件进行整体改性的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种利用远程等离子体对膜组件进行整体修饰的装置，包括真空泵、放电管、储气罐、缠绕在放电管上的电感线圈、与电感线圈连接的射频电路，放电管的进气孔通过流量调节阀和流量计与储气罐管路连接，放电管的进气孔设置有真空计；还包括膜组件，放电管的出气孔通过三通控制阀分别与膜组件进气一侧的轴向进气/液孔和侧向进气/液孔管路相连，膜组件出气一侧的轴向出气/液孔和侧向出气/液孔同时通过三通控制阀与真空泵管路相连。

其中，所述的真空计也可设置在放电管和膜组件之间的管路上。

所述的放电管与膜组件之间的距离为0～40cm。

所述的膜组件为中空纤维膜组件、管状膜组件、毛细管膜组件、平板膜组件。

所述的膜组件中的膜为高分子膜、表面复合有高分子膜材料的管状无机膜。

所述的储气罐中储存的用于产生等离子体的非聚合性气体为空气、CO₂、氮气、氨气、氩气、氧气、氢气、水蒸气。

采用本发明的装置对各种膜组件进行等离子体表面改性的方法，具体方法为：