CN102302900B

CN102302900B - 一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法

Info

Publication number: CN102302900B
Application number: CN 201110249117
Authority: CN
Inventors: 李强; 潘献辉; 侯纯扬
Original assignee: Tianjin Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization SOA
Current assignee: Tianjin Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization SOA
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: CN102302900A

Abstract

本发明公开了一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，将反渗透膜片的无纺布层完全剥离，保留分离层和支撑层，将其平铺粘贴在玻璃片上，使支撑层向上而分离层与玻璃片接触；根据分离层与支撑层在溶解性上的差异，选择合适的挥发性的有机溶剂将支撑层溶解除去，经过真空干燥除去分离层中的有机溶剂后，根据扫描电镜样品台的尺寸将带有分离层的玻璃片裁成小块并进行喷金处理，然后利用场发射扫描电子显微镜观察分离层背面和截面的微观结构。本发明可以清晰地观察反渗透膜分离层截面和背面的微观结构，样品前处理过程简单，成本低、可操作性强，易于推广，填补国内外利用扫描电子显微镜观察反渗透膜分离层截面和背面微观结构的空白。

Description

一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法

技术领域

本发明涉及一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，具体的说，是涉及用于检测反渗透膜分离层截面和背面微观结构的方法。

背景技术

反渗透膜在海水及苦咸水淡化、水质净化、生物医药、化工等领域具有广泛的应用。当前商业化的反渗透膜通常由分离层、支撑层和无纺布三层所构成，其分离层主要为芳香聚酰材料，支撑层通常为多孔的聚砜材料。分离层是反渗透膜的主要功能层，其截面的厚度与微观形貌、正面和背面(即与支撑层相接触的面)的微观形貌、表面缺陷等对反渗透膜的溶质脱除率、产水通量、能耗、使用寿命具有决定性的作用。其中，分离层的截面越厚，反渗透膜的溶质脱除率会升高，产水通量会越小，增加产水通量时所需的能耗就越大；其截面的形貌越疏松，反渗透膜的溶质脱除率会降低，产水通量会越大，增加产水通量时所需的能耗就越小。而分离层背面的微观结构对于研究反渗透膜的溶质脱除机理以及溶质脱除率和产水通量随微观结构的变化规律具有重要的价值。

目前反渗透膜分离层的微观结构检测主要通过显微镜技术来实现，显微镜主要包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微观镜(AFM)。透射电子显微镜通常用来观察分离层截面的微观结构，包括分离层的厚度以及截面的形貌等，样品的前处理方法对观察的效果具有重要的影响，通常采用先树脂包埋切片再用氯仿溶解除去支撑层的方法；然而由于树脂包埋切片步骤的存在，该方法具有样品前处理复杂、可操作性差、设备要求高的缺点，使得这种透射电子显微镜观察方法较难推广。原子力显微镜技术的样品前处理过程虽然简单，但通常只能用来观察反渗透膜表面的粗糙度、高低起伏度，很难用这一技术观察其它的微观结构。反渗透膜经过表面喷金处理后，利用扫描电子显微镜可以清晰的观察到分离层上表面(即正面)的微观形貌，但是由于在常规的前处理方法中反渗透膜片很难在液氮中淬断，并且由于支撑层存在引起的干扰，使得分离层和支撑层的界面很难分辨，因此目前还不能利用扫描电子显微镜来观察分离层截面的微观结构。另外，目前国内外还没有检测分离层背面(即与支撑层相接触的面)微观结构的显微镜技术出现。

综上所述，虽然上述这些检测技术可以从不同的角度观察反渗透膜分离层的微观结构，但是当前还没有简便、可操作性强的方法用以检测反渗透膜分离层截面及其背面的微观结构，其技术难度重点在于目前还没有针对具体的显微镜技术建立合适的反渗透膜前处理方法。

发明内容

本发明要解决的是目前反渗透膜分离层微观结构检测的不足，即不能检测分离层截面及其背面微观结构的技术问题，提供一种利用场发射扫描电子显微镜可以清晰观察反渗透膜分离层截面和背面微观结构的检测方法，样品前处理过程简单，成本低、可操作性强，易于推广，填补国内外利用扫描电子显微镜观察反渗透膜分离层截面和背面微观结构的空白。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，该方法按照以下步骤进行：

(1)取一块由分离层、支撑层和无纺布层构成的反渗透膜片，其中支撑层为聚砜材料，分离层为芳香聚酰胺材料；

(2)将反渗透膜片的无纺布层完全剥离，保留分离层和支撑层；

(3)将保留分离层和支撑层的反渗透膜片平铺并粘贴在玻璃片上，并且支撑层向上而分离层与玻璃片相接触；

(4)利用挥发性的有机溶剂在室温下对支撑层进行少量多次的冲洗，溶解除去支撑层而保留分离层，所述有机溶剂为在室温下对支撑层溶解度较大而对分离层溶解度较小的溶剂；

(5)将冲洗溶解后的玻璃片置于真空烘箱中，在0.08～0.1MPa真空度、35～100℃温度范围内保持12～24小时；

(6)真空烘箱停止加热，待真空烘箱温度降到室温时取出样品；

(7)采用场发射型扫描电子显微镜，根据其样品台的实际尺寸将玻璃片裁成小块，用导电胶将小块玻璃片分别平贴和垂直粘贴到样品台上；

(8)经过喷金处理后，调节扫描电子显微镜参数设置，在平贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜分离层背面的微观结构，在垂直粘贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜分离层截面的微观结构。

所述步骤(3)中的玻璃片为显微镜用载玻片或盖玻片。

所述步骤(3)中的玻璃片在使用前依次经过蒸馏水和乙醇清洗，以及干燥处理。

所述步骤(4)中的有机溶剂为氯仿、四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺其中的一种。

所述步骤(4)中少量多次的冲洗溶解，其每次用量为2～3毫升，清洗次数为6～10次。

本发明的有益效果是：

(一)本发明可以清晰的观察到反渗透膜分离层截面及背面的微观结构，包括分离层的厚度。

(二)本发明不需要树脂包埋切片、染色等复杂的前处理过程，样品前处理过程简单易行、设备要求低、成本低、可操作性强、易于推广。

(三)本发明填补了国内外利用扫描电子显微镜观察反渗透膜分离层截面和背面微观结构的空白，进一步开发了扫描电子显微镜在反渗透膜分离层显微结构观察上的应用技术，在反渗透膜微观结构检测方面具有巨大的应用前景。

(四)目前商业化反渗透膜的分离层和支撑层主要分别由芳香聚酰胺材料和聚砜材料组成，本发明的检测方法正是针对这些材料进行，因此，本发明的分离层检测技术实用性强，具有重要的推广价值。

附图说明

图1为低压反渗透膜A分离层截面的扫描电镜照片；

图2为低压反渗透膜A分离层背面的扫描电镜照片；

图3为超低压反渗透膜B分离层截面的扫描电镜照片；

图4为超低压反渗透膜B分离层背面的扫描电镜照片；

图5为耐污染反渗透膜C分离层截面的扫描电镜照片；

图6为耐污染反渗透膜C分离层背面的扫描电镜照片。

图中：1：分离层，2：玻璃。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例中的反渗透膜片均由分离层、支撑层和无纺布层构成，其中支撑层为聚砜材料，分离层均为芳香聚酰胺材料：

实施例1

取20mm×20mm的低压反渗透膜片A，低压反渗透膜片A是从北京时代沃顿科技有限公司生产的LP21型反渗透膜上采取。

用镊子将反渗透膜片A的无纺布层剥去，保留分离层和支撑层，将其平铺用双面胶粘贴在规格同样为20mm×20mm的盖玻片上，使其支撑层朝上，使分离层直接与盖玻片接触。这样，保证在用有机溶剂进行冲洗溶解支撑层的过程中，有机溶剂能够与支撑层直接接触，使聚砜支撑层能够完全除去。

盖玻片使用前经蒸馏水和乙醇清洗，并进行干燥，除去表面附着的污染物。根据分离层与支撑层在溶解性上的差异，选择合适的挥发性的有机溶剂将聚砜支撑层溶解除去。具体地，用镊子夹住盖玻片，同时用一次性滴管取约2毫升氯仿，冲洗溶解聚砜支撑层，共冲洗10次。

将冲洗溶解后的盖玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度为0.08MPa，在100℃真空干燥12小时。为防止分离层被氧化，真空烘箱停止加热后待其温度降至室温后取出。

将带有分离层的盖玻片裁成6mm×4mm的小块，小块玻璃片的尺寸应不超过样品台的尺寸。再用导电胶分别将其平贴和垂直粘贴在样品台上并进行喷金，平贴时分离层朝上而玻璃片与样平台接触。然后采用日本日立公司生产的场发射扫描电镜S-4800，调节其参数设置，在垂直粘贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片A分离层截面的微观结构，结果如图1所示，为放大5万倍的显微镜照片；在平贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片A分离层背面的微观结构，结果如图2所示，为放大5万倍的显微镜照片。

实施例2

取45mm×26mm的超低压反渗透膜B，超低压反渗透膜B是从北京时代沃顿科技有限公司生产的ULP21型反渗透膜上采取。

用镊子将反渗透膜片B的无纺布层剥去，保留分离层和支撑层，将其平铺用双面胶粘贴在规格同样为45mm×26mm的盖玻片上，使其支撑层朝上，使分离层直接与盖玻片接触。这样，保证在用有机溶剂进行冲洗溶解支撑层的过程中，有机溶剂能够与支撑层直接接触，使聚砜支撑层能够完全除去。

盖玻片使用前经蒸馏水和乙醇清洗，并进行干燥，除去表面附着的污染物。根据分离层与支撑层在溶解性上的差异，选择合适的挥发性的有机溶剂将聚砜支撑层溶解除去。具体地，用镊子夹住盖玻片，同时用一次性滴管取约2.5毫升四氢呋喃，冲洗溶解聚砜支撑层，共冲洗8次。

将冲洗溶解后的盖玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度为0.09MPa，在60℃真空干燥16小时。为防止分离层被氧化，真空烘箱停止加热后待其温度降至室温后取出。

将带有分离层的盖玻片裁成6mm×4mm的小块，小块玻璃片的尺寸应不超过样品台的尺寸。再用导电胶分别将其平贴和垂直粘贴在样品台上并进行喷金，平贴时分离层朝上而玻璃片与样平台接触。然后采用日本日立公司生产的场发射扫描电镜S-4800，调节其参数设置，在垂直粘贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片B分离层截面的微观结构，结果如图3所示，为放大2万倍的显微镜照片；在平贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片B分离层背面的微观结构，结果如图4所示，为放大5万倍的显微镜照片。

实施例3

取25mm×75mm的耐污染反渗透膜C，耐污染反渗透膜C是从北京时代沃顿科技有限公司生产的FR11型反渗透膜上采取。

用镊子将反渗透膜片C的无纺布层剥去，保留分离层和支撑层，将其平铺用双面胶粘贴在规格同样为25mm×75mm的载玻片上，使其支撑层朝上，使分离层直接与载玻片接触。这样，保证在用有机溶剂进行冲洗溶解支撑层的过程中，有机溶剂能够与支撑层直接接触，使聚砜支撑层能够完全除去。

盖玻片使用前经蒸馏水和乙醇清洗，并进行干燥，除去表面附着的污染物。根据分离层与支撑层在溶解性上的差异，选择合适的挥发性的有机溶剂将聚砜支撑层溶解除去。具体地，用镊子夹住载玻片，同时用一次性滴管取约3毫升N，N-二甲基甲酰胺，冲洗溶解聚砜支撑层，共冲洗6次。

将冲洗溶解后的载玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度为0.1MPa，在35℃真空干燥24小时。为防止分离层被氧化，真空烘箱停止加热后待其温度降至室温后取出。

将带有分离层的载玻片裁成6mm×4mm的小块，小块玻璃片的尺寸应不超过样品台的尺寸。再用导电胶分别将其平贴和垂直粘贴在样品台上并进行喷金，平贴时分离层朝上而玻璃片与样平台接触。然后采用日本日立公司生产的场发射扫描电镜S-4800，调节其参数设置，在垂直粘贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片C分离层截面的微观结构，结果如图5所示，为放大5万倍的显微镜照片；在平贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜片C分离层背面的微观结构，结果如图6所示，为放大2万倍的显微镜照片。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

（1）取一块由分离层、支撑层和无纺布层构成的反渗透膜片，其中支撑层为聚砜材料，分离层为芳香聚酰胺材料；

（2）将反渗透膜片的无纺布层完全剥离，保留分离层和支撑层；

（3）将保留分离层和支撑层的反渗透膜片平铺并粘贴在玻璃片上，并且支撑层向上而分离层与玻璃片相接触；

（4）利用挥发性的有机溶剂在室温下对支撑层进行少量多次的冲洗，溶解除去支撑层而保留分离层，所述有机溶剂为在室温下对支撑层溶解度较大而对分离层溶解度较小的溶剂；

其中的所述有机溶剂为氯仿、四氢呋喃或N,N－二甲基甲酰胺其中的一种；所述少量多次的冲洗溶解，其每次用量为2～3毫升，清洗次数为6～10次；

（5）将冲洗溶解后的玻璃片置于真空烘箱中，在0.08～0.1MPa真空度、35～100℃温度范围内保持12～24小时；

（6）真空烘箱停止加热，待真空烘箱温度降到室温时取出样品；

（7）采用场发射型扫描电子显微镜，根据其样品台的实际尺寸将玻璃片裁成小块，用导电胶将小块玻璃片分别平贴和垂直粘贴到样品台上；

（8）经过喷金处理后，调节扫描电子显微镜参数设置，在平贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜分离层背面的微观结构，在垂直粘贴的小块玻璃片上可以观察到反渗透膜分离层截面的微观结构。

2.根据权利要求1所述的一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中的玻璃片为显微镜用载玻片或盖玻片。

3.根据权利要求1所述的一种反渗透膜分离层微观结构的检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中的玻璃片在使用前依次经过蒸馏水和乙醇清洗，以及干燥处理。