一种快速浸润和清洗膜丝的装置及其利用方法

技术领域

本发明属于膜丝的浸润和清洗技术领域，具体涉及一种快速浸润和清洗膜丝的装置及其利用方法。

背景技术

为了保证中空纤维膜膜丝在制作组件前或者运输和存储的过程中通量和性能的稳定，膜丝在晾干进行封装之前一般都需要浸润保湿剂，以期实现对中空纤维膜膜孔的保持。在浸润保湿剂，膜丝晾干到一定含水量后，需要将保湿剂从膜丝中快速洗脱出来，保证后续膜丝性能的测试不受影响。

在中空纤维膜膜丝浸润与洗脱保湿剂时，一般采用直接浸润或冲洗的方式，如公告号为CN209934482U中国实用新型专利《一种膜丝浸润装置及应用有该浸润装置的浸润系统》，披露了这样一种膜丝浸润装置，包括具有中空内腔的箱体，箱体内腔中盛有用于浸润膜丝的保湿剂，箱体具有用于将保湿剂加入到箱体内腔的流入口和用于保湿剂流出箱体的流出口，流出口和流入口之间通过循环管路连通，循环管路上设有用于将流出箱体外的保湿剂回流到箱体内腔的离心泵。本实用新型通过设置循环管路和离心泵，离心泵对箱体内的保湿剂进行抽吸，使得保湿剂能快速渗透进入每根膜丝内部，优于静态浸泡的分子长时间自由扩散作用，从而极大减少浸泡时间，提高试验效率。但该装置中浸润与冲洗的方式，很难实现膜丝中心管和外界溶液的快速置换，一般浸润与冲洗时间需要5～24小时不等，这极大地影响了研发和生产速度。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能够快速浸润和清洗膜丝的装置。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种快速浸润和清洗膜丝的装置，其特征在于：包括

箱体，所述箱体为供离子型保湿溶液或者纯水盛装的中空结构；

电极板，至少两块，间隔设置在箱体内；

用于清洗供电的直流电源，与电极板连接；所述直流电源上设置有第一开关；以及

用于浸润供电的交流电源，与电极板连接；所述交流电源上设置有第二开关。

为避免膜丝在溶液中杂乱漂浮，作为优选，还包括设置在箱体内的供膜丝置入的网套；所述网套位于电极板之间。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能够快速浸润和清洗膜丝的装置的利用方法。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种快速浸润和清洗膜丝的装置的利用方法，其特征在于：当膜丝需要浸润时，在箱体中盛装离子型保湿溶液，将膜丝放入电极板之间；按下第二开关接通交流电源，电极板不停地切换阴极和阳极，带动离子型保湿溶液中正负离子运动，加速离子型保湿剂渗透到膜丝中心管中；

当膜丝需要清洗时，在箱体中盛装纯水，将膜丝放入电极板之间；按下第一开关接通直流电源；膜丝中心管中的正负离子分别被吸引到阴极板和阳极板，实现离子型保湿剂的快速洗脱。

作为优选，所述的离子型保湿溶液由离子型保湿剂、水组成；所述离子型保湿剂选自氯化钙、氯化钠、氯化钾、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠中的至少一种，质量分数为5～50％，余量为水。氯化钙、氯化钠、氯化钾、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠为强电解质或者在水中电离后为高价态的离子，强电解质以及在水中电离后为高价态的离子在电场中运动更快，更有利于保湿剂快速进入到膜丝中。离子型保湿剂的含量低于5wt％时，保湿效果差，当离子型保湿剂的含量高于50wt％时，破坏膜丝的结构，影响膜丝的性能。

作为优选，所述电极板含有碳材料，所述碳材料选自活性炭粉末、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。由于活性炭、碳纳米管以及石墨烯具有很大的比表面积和吸附容量，对水中的离子具有良好的吸附效果。外加直流电时，电极表面带电并吸附相反的电荷，有利于离子从中空纤维膜的中心管中迁移出来，从而加速膜丝的清洗；当外加交流电时，电极表面带电，不停地吸附-解吸附水中的阴阳离子，有利于阴阳离子的快速迁移，从而加速离子型保湿剂对膜丝的浸润。

作为优选，所述交流电源的电压范围为0.5～100V；所述电极板之间的间距为15～25cm。

作为优选，所述直流电源的电压范围为0.5～100V；所述电极板之间的间距为15～25cm。

电压的设定以及电极板之间的间距两者协同作用保证提高粒子快速迁移的同时不导致水的电离，提高生产安全性。

作为优选，所述膜丝为微滤膜、超滤膜、纳滤膜中的一种，其材质为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈中的一种。快速浸润和清洗膜丝的装置的利用方法适合于不同膜孔以及多种材质的膜丝。

为防止膜丝滋生细菌一般会在膜丝表面负载杀菌剂或者在水体中增加抗菌剂，但在膜表面负载杀菌剂会大大增加生产工艺难度。作为优选，当膜丝需要杀菌时，在箱体中盛装质量分数为0.1％～20％的氯化钠溶液，将膜丝放入电极板之间；按下第一开关接通直流电源；溶液中产生的次氯酸对膜丝进行杀菌处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、通过外加交流电场，离子型保湿剂中的离子在溶液中运动，加速膜丝中心管中水与外界离子的置换，缩短了浸润离子型保湿溶液的时间，有利于提高生产效率。

2、通过外加直流电场，加速膜丝中心管中离子型保湿剂中的离子在水中有序运动，实现离子的快速洗脱，且洗脱更完全，保证后续通量截留测试的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示为本发明的快速浸润和清洗膜丝的装置，包括箱体1、电极板2、直流电源3、交流电源4以及网套5。

箱体1为供离子型保湿溶液或者纯水盛装的中空结构。

电极板2间隔设置在箱体1内；本实施例中电极板2的数量为5，平行间隔设置。

直流电源3与电极板2连接；直流电源3上设置有第一开关31。

交流电源4与电极板2连接；交流电源4上设置有第二开关41。

网套5设置在箱体1内的供膜丝置入，网套5位于电极板2之间。

本发明提供5个实施例和2个对比例，实施例1至实施例5的膜丝采用本发明的装置和利用方法进行浸润和清洗，具体参数设置见表1。

当膜丝需要浸润时，在箱体1中盛装离子型保湿溶液，将膜丝放入电极板2之间；按下第二开关41接通交流电源4，电极板2不停地切换阴极和阳极，带动离子型保湿溶液中正负离子运动，加速离子型保湿剂渗透到膜丝中。

当需要清洗膜丝时，在箱体1中盛装纯水，将膜丝放入电极板2之间；按下第一开关31接通直流电源3；膜丝中心管中的正负离子分别被吸引到阴极板和阳极板，实现离子型保湿剂的快速洗脱。

当膜丝需要杀菌时，在箱体1中盛装质量分数为0.1％～20％的氯化钠溶液，将膜丝放入电极板2之间；按下第一开关31接通直流电源3；溶液中产生的次氯酸对膜丝进行杀菌处理。

对比例1与实施例1的不同之处在于电压低于5V和电极板的间距大于25cm，浸润时间和清洗时间明显提高。

对比例2与实施例1的不同之处在于离子型保湿剂的保湿剂的浓度低于5wt％，浸润时间和清洗时间明显提高。

表1实施例和对比例的参数控制及性能参数