CN101569836A - 高通量复合反渗透膜及其制备方法 - Google Patents

高通量复合反渗透膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通量复合反渗透膜及其制备方法,所述高通量复合反渗透膜在多孔支撑层上复合有一层聚酰胺膜,在2000ppmNaCl、25℃、pH值6.5-7.5、压力225psi条件下,脱盐率超过99%,水通量为1.6m3/m2*D。本发明在增加聚酰胺反渗透膜有效膜面积的同时,提高反渗透膜的两相反应单体的交联程度,从而避免了传统复合反渗透膜改进方法形成的松散结构导致的膜通量增加而脱盐率恶化的结果,最终制备出具有高通量、高脱盐率的反渗透膜。

Description

高通量复合反渗透膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高通量复合反渗透膜及其制备方法,更具体的说是涉及一种用于苦成水脱盐、纯水制备、污水处理的高通量复合聚酰胺反渗透膜及其制备方法。
背景技术
复合反渗透膜广泛应用于日常生活和工业生产领域,如苦成水或海水脱盐,纯水制备以及水体污染的治理等。目前大部分的商业化反渗透膜都采用界面反应制备而成的聚酰胺复合膜,如芳香聚酰胺复合膜、脂肪聚酰胺复合膜,它们都具有一定的脱盐率和不错的水通量。为了进一步提高反渗透膜的效率,一些公司和研究机构尝试了许多方法提升反渗透膜的产水量,但是提高的幅度有限,有的虽然水通量得以提高,但是以损失脱盐率为代价。因此,探索出一种新的复合反渗透膜的制备方法,使复合反渗透膜保证反渗透膜优异脱盐率的前提下进一步提高膜的产水能力,具有重要的现实意义和经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,是在增加聚酰胺反渗透膜有效膜面积的同时,提高反渗透膜的两相反应单体的交联程度,避免传统改进方法形成的松散结构导致的膜通量增加而脱盐率恶化的结果,最终制备出具有高通量、高脱盐率的反渗透膜。
本发明技术方案:一种高通量复合反渗透膜,在多孔支撑层上复合有一层聚酰胺膜,在2000ppmNaCl、25℃、PH值6.5-7.5、压力225psi条件下,脱盐率超过99%,水通量为1.6m3/m2*D。
上述高通量复合反渗透膜的制备方法,包括下列步骤,以下均以质量百分数表示:
a.配制溶液A,将2%的多官能胺、2%的三乙胺、3%~5%樟脑磺酸、1~30%的水溶性添加剂以及0.05%~2%的表面活性剂溶解在水中,搅拌均匀得到A溶液,其中所述的多官能胺选自间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、哌嗪、1,3-丙二胺或1,3-环己二胺其中之一,所述水溶性添加剂选自二甲亚砜、异丙醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇、丙三醇、1,3-丙二醇、2-乙氧基乙醇、1,3-己二醇、甲基苯基亚砜其中之一,所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠;
b.配制溶液B,将0.1%的均苯三甲酰氯溶解在含有8-12碳原子的烷烃混合溶液ISOPAR G中,搅拌均匀得到B溶液;
c.将涂有聚砜的无纺布底膜浸入水相A溶液保持40秒,用橡胶辊除去残留在聚砜表面的水相溶液,再将该底膜浸入有机相B溶液中并保持1分钟,清除表面的残余B溶液,接着将其放入100度烘箱并保持5分钟,得到的聚酰胺膜浸入0.2%Na2CO3溶液并保持30分钟,之后再浸入5%的甘油溶液5分钟,最后将处理后的聚酰胺膜放入120度的烘箱烘干5分钟,得到所述高通量复合反渗透膜。
本发明的有效效果:由于制备复合反渗透膜时发生界面反应的水相和有机相互不混溶,通过向参加界面反应的水相溶液加入水溶性添加剂,降低水相和有机相的溶解度差异,增强两相的混溶能力,降低界面强度,增强多官能胺单体向有机相的扩散迁移能力,使其更加快速并深入的与多官能酰氯发生反应,从而增加界面聚合的反应区域和复合膜的表面粗糙度。由此制备的复合反渗透膜具有更多的有效膜面积,提高了膜的水通量,同时由于反应程度更深入,反应单体交联度提高,保证了反渗透膜的高脱盐率。经表征本发明的高通量复合反渗透膜,在2000ppmNaCl、25℃、PH值6.5-7.5、压力225psi条件下,脱盐率超过99%,水通量为1.6m3/m2*D。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述,一种高通量复合反渗透膜,在多孔支撑层上复合有一层聚酰胺膜,在2000ppmNaCl、25℃、PH值6.5-7.5、压力225psi条件下,脱盐率超过99%,水通量为1.6m3/m2*D。
上述高通量复合反渗透膜的制备方法,包括下列步骤,以下均以质量百分数表示:
a.配制溶液A,将2%的多官能胺、2%的三乙胺、3%~5%樟脑磺酸、1~30%的水溶性添加剂以及0.05%~2%的表面活性剂溶解在水中,搅拌均匀得到A溶液,其中所述的多官能胺选自间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、哌嗪、1,3-丙二胺或1,3-环己二胺其中之一,所述水溶性添加剂选自二甲亚砜、异丙醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇、丙三醇、1,3-丙二醇、2-乙氧基乙醇、1,3-己二醇、甲基苯基亚砜其中之一,所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠;
b.配制溶液B,将0.1%的均苯三甲酰氯溶解在含有8-12碳原子的烷烃混合溶液ISOPAR G中,搅拌均匀得到B溶液;
c.将涂有聚砜的无纺布底膜浸入水相A溶液保持40秒,用橡胶辊除去残留在聚砜表面的水相溶液,再将该底膜浸入有机相B溶液中并保持1分钟,清除表面的残余B溶液,接着将其放入100度烘箱并保持5分钟,得到的聚酰胺膜浸入0.2%Na2CO3溶液并保持30分钟,之后再浸入5%的甘油溶液5分钟,最后将处理后的聚酰胺膜放入120度的烘箱烘干5分钟,得到所述高通量复合反渗透膜。
实施例1
(1)溶液A的配制:将2%的间苯二胺、2%的三乙胺、4.6%樟脑磺酸、1%的二甲亚砜(DMSO)以及0.5%的十二烷基磺酸钠溶解在水中,搅拌均匀即得;
(2)溶液B的配制:将0.1%的均苯三甲酰氯溶解在烷烃混合溶液ISOPARG(EXXON CORP.)中,搅拌均匀即得;
(3)涂有聚砜的无纺布底膜浸入水相A溶液保持40秒,用橡胶辊除去残留在聚砜表面的水相溶液,再将该底膜浸入有机相B溶液中并保持1分钟,清除表面的残余B溶液,接着将其放入100度烘箱并保持5分钟,得到的聚酰胺膜浸入0.2%Na2CO3溶液并保持30分钟,之后再浸入5%的甘油溶液5分钟,最后将处理后的聚酰胺膜放入120度的烘箱烘干5分钟,最终得到高通量复合反渗透膜。
反渗透膜性能的表征方法为将反渗透膜放入标准的反渗透测试模具中,在2000ppmNaCl、温度为25度、PH值为6.5-7.5、压力为225psi条件下,直接测量渗透液的流量P(单位为m3),并根据公式F=P/(S*T)计算水通量F(m3/m2*D),其中S是有效膜面积(单位为m2),T是测量的时间(天);并根据公式R(%)=(1-CP/Cf)*100计算脱盐率,其中R是脱盐百分率,Cp是渗透液的溶质浓度,Cf是测试液的溶质浓度。将制备而成的高通量反渗透膜在上述标准的膜性能表征条件下测试,测试结果如表1所示。
实施例2~4
溶液A的配制:间苯二胺和DMSO的质量百分数见表1,其余步骤和参数同实施例1,制备得到高通量反渗透膜的测试结果如表1所示。
表1
  间苯二胺(wt%)   DMSO(wt%)   脱盐率(%)   水通量(m3/m2*D)
 实施例1   2.0   1.0   99.1   1.92
 实施例2   2.0   2.0   98.7   2.15
实施例3 2.0 3.0 96.2 2.84
 实施例4   2.0   0.0   99.2   1.07
从表1中可以看出在水相溶液加入DMSO,可以显著的增加反渗透膜的通量,但是脱盐率并没有明显的降低,说明通过向水相中加入添加剂制备高通量高脱盐率的反渗透膜是可以实现的。
实施例5~7
溶液A的配制:间苯二胺和不同质量百分数的异丙醇见表2,其余步骤和参数同实施例1,制备得到高通量反渗透膜的测试结果如表2所示。
表2
  间苯二胺(wt%)   异丙醇(wt%)   脱盐率(%)   水通量(m3/m2*D)
 实施例5   2.0   10   99.4   1.63
 实施例6   2.0   20   99.2   1.87
 实施例7   2.0   30   98.3   2.13
从表2可以看出,水相中加入异丙醇不仅可以提高膜通量,而且对膜的脱盐率也有一定的改善。
实施例8
溶液A的配制:用10%乙醇代替DMSO,其余步骤和参数同实施例1,制备得到高通量反渗透膜的测试结果为:脱盐率为99.0%,水通量为1.26m3/m2*D。
实施例9~11
溶液A的配制:2%哌嗪、2%1,3-丙二胺或2%1,3-环己二胺其中的一种代替间苯二胺见表3,其余步骤和参数同实施例1,制备得到高通量反渗透膜的测试结果如表3所示。
表3
  二胺单体   DMSO(wt%)   脱盐率(%)   水通量(m3/m2*D)
  实施例9   哌嗪   1.0   99.0   2.73
  实施例10   1,3-丙二胺   1.0   97.9   3.54
  实施例11   1,3-环己二胺   1.0   98.6   1.75
从表3可以看出,改变水相中使用的二胺单体也是制备高通量反渗透膜的一种可行途径,虽然较使用间苯二胺单体的结果,膜的脱盐率有一点降低,但是在低TDS或较低进水温度的情况下,仍然有很好的应用前景。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明,而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换,均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高通量复合反渗透膜,在多孔支撑层上复合有一层聚酰胺膜,在2000ppmNaCl、25℃、PH值6.5-7.5、压力225psi条件下,脱盐率超过99%,水通量为1.6m3/m2*D。
2.权利要求1所述高通量复合反渗透膜的制备方法,包括下列步骤,以下均以质量百分数表示:
a.配制溶液A,将2%的多官能胺、2%的三乙胺、3%~5%樟脑磺酸、1~30%的水溶性添加剂以及0.05%~2%的表面活性剂溶解在水中,搅拌均匀得到A溶液,其中所述的多官能胺选自间苯二胺、对苯二胺、邻苯二胺、哌嗪、1,3-丙二胺或1,3-环己二胺其中之一,所述水溶性添加剂选自二甲亚砜、异丙醇、乙醇、乙二醇、叔丁醇、丙三醇、1,3-丙二醇、2-乙氧基乙醇、1,3-己二醇、甲基苯基亚砜其中之一,所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠;
b.配制溶液B,将0.1%的均苯三甲酰氯溶解在含有8-12碳原子的烷烃混合溶液I SOPAR G中,搅拌均匀得到B溶液;
c.将涂有聚砜的无纺布底膜浸入水相A溶液保持40秒,用橡胶辊除去残留在聚砜表面的水相溶液,再将该底膜浸入有机相B溶液中并保持1分钟,清除表面的残余B溶液,接着将其放入100度烘箱并保持5分钟,得到的聚酰胺膜浸入0.2%Na2CO3溶液并保持30分钟,之后再浸入5%的甘油溶液5分钟,最后将处理后的聚酰胺膜放入120度的烘箱烘干5分钟,得到所述高通量复合反渗透膜。
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