分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜制造技术

本发明专利技术涉及一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，在一薄的固体材料(1)里制造有许多个均匀分布树状结构圆柱形通孔，每个树状结构通孔包括一个直径较大主干孔(2)和三个直径和长度均相同的较小分支孔，这三个分支孔均与它们的主干孔(2)平行且均与这个主干孔完全连通，主干孔表面材料和它的三个分支孔表面材料均相同；各分支孔为滤孔，其直径处于纳米量级，分支孔长度根据滤孔强度要求确定；主干孔(2)半径使滤膜的渗透能力达到最大，固体材料(1)厚度由机械强度要求确定；此固体材料(1)即为本发明专利技术滤膜。本发明专利技术滤膜在过滤能力、渗透能力、机械强度上均达到较好性能，在水、血液等的超精过滤中具有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜
本专利技术涉及滤膜领域，具体地说是一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜。
技术介绍
过滤用膜，简称滤膜，在工业和日常生活中具有重要应用，它可用于滤出固体颗粒、杂质，净化液体，也可用于滤出细菌、大分子物质，或者用于实现两种液体的分离。日常生活中，滤膜可用于净化饮用水，净化各种饮料，也可用于滤出海水中的杂质、各种离子，实现海水净化。现有的常用过滤方法和手段有：一、活性炭过滤活性炭是一种用途极广的工业吸附剂，它是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。活性炭的吸附性源于其独特的分子构造，活性炭的内部有很多孔隙，每克活性炭的内部孔隙如果铺展开来可达到500～1700平方米，正是这种独特的内部构造，使得活性炭具有优异的吸附能力。活性炭过滤时，由于其多孔性可吸附各种液体中的微细物质，常用于水处理中的脱色、脱臭、脱氯、去除有机物及重金属、去除合成洗涤剂、细菌、病毒及放射性等污染物质，也常用于废水的三级处理。活性炭过滤的常见应用范围：(1)用于水处理设备过滤、污水处理、中水回用等等。广泛应用于化工、食品、医药、电子光伏等。(2)用于要求出水浊度≤5mg/L能符合饮用水质标准的工业用水、生活用水及市政给水系统。(3)工业污水中的悬浮物、固体物的去除。(4)可用作离子交换法软化、除盐系统中的预处理设备，对水质要求不高的工业给水的粗过滤设备。(5)用在游泳池循环处理系统、冷却循环水净化系统等。活性炭过滤的优缺点：优点：活性炭价格较便宜，活性炭过滤成本较低，能满足普通工业和日常生活常见的过滤需求，耐压，耐热，性价比较高。缺点：活性炭的孔隙较大，难以实现精细过滤，不能滤出微米级和纳米级大小的物质，常用于粗过滤。二、微孔膜过滤微孔膜上密密麻麻均布着各个微细孔，这种孔的直径通常在0.1微米和100微米之间。因此，微孔膜可以滤除液体、气体的0.1um以上的微粒和细菌，它有过滤精度高、过渡速度快、吸附少、无介质脱落、耐酸碱腐蚀、操作方便等优点。现已广泛用于医药、化工、电子、饮料、果酒、生化水处理、环保等工业的必需设备。常用的微孔膜滤芯有：聚四氟乙烯膜(PTFE)滤芯，聚偏膜(PVDF)滤芯，聚丙烯膜(PP)滤芯，醋酸纤维膜(CN-CA)滤芯，尼龙(PN6)滤芯，合金钛棒，线绕滤芯，熔喷滤芯，PA/PE烧结滤芯。这些滤芯特点是：体积小、重量轻、使用方便、过滤面积大、堵塞率低、过滤速度快、无污染、热稀稳定性及化学稳定性好，能滤除绝大部分微粒，广泛应用于精滤和除菌工艺。微孔膜过滤的缺点：相比于纳米孔滤膜，微孔膜上过滤用孔的直径仍偏大，虽然能满足日常工业和生活中许多精滤要求，但不能用于过滤极细小的物质如血液净化、蛋白质中病毒分离、液体中离子滤除、水的超级净化等。三、滤袋过滤微米级液体过滤袋采用优质滤料制作而成，可有效清除液体中需要清除的固态物质。液体在通过微米级滤袋时，所含杂质被精确地捕捉于滤袋深层，完成过滤过程。过滤材质：根据所过滤溶液不同，滤材可选择PE毡或PP毡，也可选用尼龙单丝、涤纶单丝等滤料，从而广泛应用于高低不同温度、酸碱不同环境中。与微孔膜过滤类似，滤袋过滤的缺点是：滤袋上过滤用孔的直径仍偏大，虽然能满足日常工业和生活中许多精滤要求，但不能用于过滤极细小的物质如血液净化、蛋白质中病毒分离、液体中离子滤除、水的超级净化等。四、纳米孔滤膜过滤为了过滤极细小物质、分离病毒、分离大分子有机物等，就必需采用纳米孔滤膜过滤。相比于微孔滤膜，纳米孔滤膜里的孔要小得多，其直径处于纳米量级，常小于被滤杂质的分子尺寸，因此常用于超精细过滤，可将杂质、细菌、病毒、有机大分子等彻底滤除。纳米孔滤膜里的孔常为圆柱孔、圆锥孔。为提高这种滤膜渗透性，也有采用两层滤膜，上层为纳米孔滤膜，下层为微孔滤膜。也有人开发出极薄的单分子层纳米孔石墨烯滤膜，这种滤膜的渗透性较好。虽然纳米孔滤膜的过滤能力强，但由于滤孔极小，这种膜的渗透性较差，它的过滤效率比较低，而且这种膜很薄，膜的机械强度也常面临挑战，不耐高压、高温。过滤能力、渗透性和机械强度在纳米孔滤膜上很难同时良好地实现；满足了其中一种性能，必然要降低其余性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，解决现有技术中纳米孔滤膜过滤能力、渗透性和机械强度难以同时良好实现的技术难题。本专利技术的技术解决方案是：一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，如图1和图2所示，在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和三个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)和分支孔(5)，这三个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这三个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这三个分支孔的表面材料均相同。各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，各分支孔直径2Rb，1处于纳米量级，根据过滤要求确定，各分支孔长度l1尽可能小以减小滤孔的流动阻力，l1的值根据滤孔强度要求确定，各分支孔的轴心线与它们的主干孔(2)的轴心线的平行度公差不大于0.1l1；主干孔(2)的半径Rb，2比它的分支孔半径Rb，1更大，为使滤膜渗透能力处于最大，主干孔(2)半径Rb，2根据它的分支孔半径Rb，1通过下式计算确定：这里，λ0＝l1/l，l为固体材料(1)的厚度即本专利技术滤膜的厚度，Req＝c1Rb，1，Rcr为使流过滤孔的液体成为连续介质的孔的临界半径；c1的取值根据流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度来定，对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为弱的情形，c1的取值范围为：1.18～1.44，c1的优选值为1.31；对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为中等水平的情形，c1的取值范围为：1.13～1.39，c1的优选值为1.26；对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为强的情形，c1的取值范围为：1.06～1.30，c1的优选值为1.18；这里，流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为弱的情形指使流过滤孔的液体在滤孔的径向成为连续介质的临界滤孔直径不大于10nm的情形，流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为中等水平的情形指使流过滤孔的液体在滤孔的径向成为连续介质的临界滤孔直径大于10nm且小于30nm的情形，流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为强的情形指使流过滤孔的液体在滤孔的径向成为连续介质的临界滤孔直径不小于30nm的情形；ρ为环境温度和压力下流过滤孔的液体的体相密度，为流过滤孔的液体在半径为Req的孔的半径方向的平均密度，这个平均密度与有关，η为环境温度和压力下流过滤孔的液体的体相粘度，为流过滤孔的液体在半径为Req的孔的半径方向的等效粘度，这个等效粘度与有关，为描述流过滤孔的液体在半径为Req的孔的半径方向呈现的非连续介质效应的参数。分支孔(3)、分支孔(4)和分支孔(5)均匀分布在固体材料(1)的表面的一个圆周上，该圆周的半径为Rd，这个分支孔(3)、分支孔(4)和分支孔(5)在固体材料(1)的表面的分布圆和主干孔(2)的同心度公差不大于0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和三个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)和分支孔(5)，这三个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这三个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这三个分支孔的表面材料均相同，各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，各分支孔直径2Rb，1处于纳米量级，根据过滤要求确定，各分支孔长度l1尽可能小以减小滤孔的流动阻力，l1的值根据滤孔强度要求确定，主干孔(2)的半径Rb，2比它的分支孔半径Rb，1更大，主干孔(2)和它的三个分支孔形成的树状结构的通孔在固体材料(1)的厚度方向贯穿固体材料(1)，主干孔(2)用于减小被过滤液体在固体材料(1)里的流动阻力、增大固体材料(1)的渗透能力，固体材料(1)的厚度l根据固体材料(1)的机械强度要求确定，该层固体材料(1)即为滤膜。

【技术特征摘要】
1.一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：在一层固体材料(1)里制造有许多个均匀分布的树状结构的通孔，每个树状结构的通孔包括一个主干孔(2)和三个分支孔即分支孔(3)、分支孔(4)和分支孔(5)，这三个分支孔均与主干孔(2)相互平行且均与主干孔(2)完全连通，主干孔(2)和这三个分支孔均为圆柱孔，主干孔(2)的表面材料和这三个分支孔的表面材料均相同，各分支孔均为滤孔，各分支孔半径均为Rb，1，各分支孔长度均为l1，各分支孔直径2Rb，1处于纳米量级，根据过滤要求确定，各分支孔长度l1尽可能小以减小滤孔的流动阻力，l1的值根据滤孔强度要求确定，主干孔(2)的半径Rb，2比它的分支孔半径Rb，1更大，主干孔(2)和它的三个分支孔形成的树状结构的通孔在固体材料(1)的厚度方向贯穿固体材料(1)，主干孔(2)用于减小被过滤液体在固体材料(1)里的流动阻力、增大固体材料(1)的渗透能力，固体材料(1)的厚度l根据固体材料(1)的机械强度要求确定，该层固体材料(1)即为滤膜。2.如权利要求1所述的一种分支孔数为3的新型树型纳米级圆柱孔滤膜，其特征在于：主干孔(2)半径Rb，2根据它的分支孔半径Rb，1通过下式计算确定：这里，λ0＝l1/l，l为固体材料(1)的厚度即滤膜的厚度，Req＝c1Rb，1，Rcr为使流过滤孔的液体成为连续介质的孔的临界半径；c1的取值根据流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度来定，对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为弱的情形，c1的取值范围为：1.18～1.44，c1的优选值为1.31；对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为中等水平的情形，c1的取值范围为：1.13～1.39，c1的优选值为1.26；对于流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为强的情形，c1的取值范围为：1.06～1.30，c1的优选值为1.18；这里，流过滤孔的液体与滤孔表面的相互作用强度为弱的情形指使流过滤孔的液体在滤孔的径向成为连续介质的临界滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永斌，袁虹娣，
申请(专利权)人：袁虹娣，
类型：发明
国别省市：湖北,42