背景技術(shù)
與其它分離工藝相比，膜分離是一種相對簡單、耗能低的分離工藝，原則上可以回收并再利用混合物中的組分，因而廣泛應(yīng)用于生物工程、石油、化工、冶金、醫(yī)藥等領(lǐng)域。膜分離是通過膜組件來實(shí)現(xiàn)的，其核心部分是過濾膜。與有機(jī)膜相比，陶瓷過濾膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、抗微生物能力強(qiáng)、耐高溫、孔徑分布窄、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)。由于陶瓷材料的剛性較好，同時(shí)受制備工藝的限制，目前現(xiàn)有技術(shù)陶瓷膜主要以管式和多通道管式為主。然而，由于單管構(gòu)型的陶瓷膜其膜密度（即單位體積內(nèi)的膜面積）比較低，因此目前商業(yè)生產(chǎn)的陶瓷膜大多通過增加孔道數(shù)（如7、19、37通道）來提高膜密度。此外，為進(jìn)一步增大膜面積，目前陶瓷過濾元件也采用了蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)，通過增加膜孔道數(shù)、減少孔道直徑的方法來增加單位體積內(nèi)的膜面積。
然而，現(xiàn)有技術(shù)多通道/蜂窩陶瓷管構(gòu)型中，處于中心位置的孔道所形成的滲透液需要經(jīng)過較長的距離才能溢出管外，這顯然增大了膜的滲透阻力，降低了滲透通量；而且，蜂窩狀陶瓷過濾膜隨著孔道直徑和陶瓷膜孔壁厚度的減小，更多膜孔道的滲透液只能通過蜂窩陶瓷支撐體內(nèi)部孔道滲透至出口，滲透液的傳輸阻力也明顯增大。為解決此問題，對于蜂窩陶瓷膜而言，現(xiàn)有技術(shù)通常采用將部分膜孔道改作滲透液通道的方法，以減少滲透出水的路徑；或者，在端口處沿截面方向?qū)Σ糠挚椎篱_槽，留出部分開槽作為滲透出水出口，然后使用燒結(jié)的方法對滲透出水通道的端口進(jìn)行封堵；此外，也有將中心孔道不涂膜而作為過濾滲透側(cè)，并在中心孔處采用一引流管將滲透液引出、中心孔與引流管之間的間隙采用環(huán)氧樹脂密封的方法，以減小滲透阻力，提高滲透通量。但是，現(xiàn)有技術(shù)蜂窩陶瓷管構(gòu)型仍然存在著以下技術(shù)缺陷：
(1)利用部分通道作為滲透液通道，能夠減少滲透出水的路徑，但同時(shí)也減少了單位體積內(nèi)的膜面積，違背了通過蜂窩構(gòu)型來增加膜面積的設(shè)計(jì)初衷。
(2)需要對陶瓷膜進(jìn)行后期處理，對于陶瓷膜而言后期加工難度較高，進(jìn)一步增加了制備工藝的復(fù)雜性。
(3)對于端口開槽或者增加引流管等方法，需要對端口進(jìn)行密封，密封難度較大，容易造成滲透液與料液混合。例如，對開槽的端口進(jìn)行封堵的方法由于涉及干燥和燒結(jié)過程，封堵材料與蜂窩陶瓷性能之間的差異容易形成孔隙，因而容易導(dǎo)致在過濾過程中料液污染滲透出水。
(4)蜂窩陶瓷膜的制備工序較多、工藝復(fù)雜，引入缺陷的可能性增加，使得無缺陷蜂窩陶瓷膜的成品率較低，特別是較大體積的蜂窩陶瓷膜，隨著陶瓷膜截面積的增大，成品率還會更低，從而進(jìn)一步增加了原本就比較高的陶瓷膜成本。
具體內(nèi)容
目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較高的滲透通量和單位體積膜面積、構(gòu)型及制備工藝簡單的組合式蜂窩陶瓷膜過濾元件，以有效減小滲透阻力，同時(shí)極大地提高蜂窩陶瓷膜的成品率、降低陶瓷膜成本。
目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
提供的一種組合式蜂窩陶瓷膜過濾元件，包括蜂窩陶瓷支撐體以及設(shè)置在其內(nèi)的過濾孔道；此外，還包括支承件和緊固件；所述蜂窩陶瓷支撐體為平板狀，所述過濾孔道其軸線與蜂窩陶瓷支撐體的板面平行、且并排設(shè)置在蜂窩陶瓷支撐體內(nèi)而構(gòu)成蜂窩陶瓷膜單體；所述蜂窩陶瓷膜單體為二個(gè)或二個(gè)以上，且呈間隔疊放組合；所述緊固件設(shè)置在組合后的蜂窩陶瓷膜單體外圍；所述支承件位于相鄰蜂窩陶瓷膜單體之間、以及緊固件與蜂窩陶瓷膜單體之間，且設(shè)置在過濾孔道端口處。
過濾孔道為料液通道，各蜂窩陶瓷膜單體呈平板狀，使得陶瓷膜具有較短的滲透距離。蜂窩陶瓷膜單體之間的間隙為滲透液通道，滲透液經(jīng)過濾孔道的孔壁滲透后，經(jīng)蜂窩陶瓷膜單體之間的間隙流出，從而具有較高的滲透通量。
還可采取如下進(jìn)一步措施：所述支承件可拆卸式設(shè)置在過濾孔道端口處。這樣，可以根據(jù)滲透量的大小，通過調(diào)節(jié)支承件的厚度調(diào)整滲透液通道的寬度；此外，便于拆卸清洗污染嚴(yán)重、或替換有缺陷的蜂窩陶瓷膜單體。
為減少滲透液的傳輸阻力，蜂窩陶瓷膜單體中過濾孔道直接與滲透液通道相鄰，即所述過濾孔道可以采用單排孔道；也可以采用雙排孔道而具有更高的單位體積膜面積。進(jìn)一步地，所述蜂窩陶瓷膜單體中過濾孔道與蜂窩陶瓷支撐體外表面之間的壁厚小于其他部位壁厚，從而具有更短的滲透距離，同時(shí)可提高蜂窩陶瓷支撐體的強(qiáng)度。
所述蜂窩陶瓷膜單體其垂直于過濾孔道軸線的截面形狀為矩形，組合后的蜂窩陶瓷膜過濾元件呈長方體。或者，此截面形狀為含弧梯形，組合后的蜂窩陶瓷膜過濾元件呈圓柱體。
所述過濾孔道的橫截面形狀可以為正方形、矩形、六角形或三角形。
所述蜂窩陶瓷支撐體為A1203、TiO2、堇青石、莫來石、高嶺土、SiC的一種或幾種組合。所述過濾孔道的過濾層為A1203、TiO2,ZrO2、堇青石、莫來石中一種或幾種組合。
具有以下有益效果：
(1)具有較高的滲透通量和單位體積膜面積
蜂窩陶瓷膜單體呈平板狀，滲透距離短，滲透阻力明顯減小，具有較高的滲透通量。蜂窩陶瓷膜單體之間的間隔即滲透液通道的寬度可以調(diào)整，因此能夠容易地根據(jù)滲透通量的大小調(diào)整滲透液通道，從而避免了多余滲透液通道寬度所造成的單位體積膜面積的降低，有助于提高陶瓷膜的膜密度。
(2)構(gòu)型及制備工藝簡單，有效提高了蜂窩陶瓷膜的成品率
平板狀的蜂窩陶瓷膜單體，體積較小，單個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的可能性明顯降低。同時(shí)，構(gòu)型簡單，由蜂窩陶瓷膜單體可拆卸式組合而成，便于拆卸清洗污染嚴(yán)重陶瓷膜單體，而且僅更換有缺陷的陶瓷膜單體即可重新恢復(fù)蜂窩陶瓷膜組件的分離滲透功能，而不至于整體報(bào)廢，極大地提高了陶瓷膜的成品率、降低了陶瓷膜成本。