CN103055713A - 一种双皮层正渗透膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双皮层正渗透膜,其特征在于它包括中间的多孔支撑层和两侧的超薄皮层,所述多孔支撑层的中间还嵌有筛网或无纺布的支撑材料。所述多孔支撑层和超薄皮层的材料为三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物;所述支撑材料的材质为棉、聚酯或尼龙。其制备方法是将处理后的支撑材料浸入三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物铸膜液中,从两侧刮刀中间拉出,通过相转化法形成双皮层正渗透膜膜。本发明的优点是具有双皮层的正渗透膜可以有效阻止溶质进入多孔支撑层,减少支撑层的内浓差极化,从而明显提高正渗透膜的有效水通量。

Description

一种双皮层正渗透膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子分离膜技术领域,特别涉及的是一种双皮层正渗透膜及其制备方法。
背景技术
正渗透技术作为一种新的膜分离技术近几年来得到了迅速发展,并以其低耗能、低膜污染、高截留率等突出优点而引起了国内外研究者的广泛兴趣,在水纯化与脱盐,食品与药学以及能源等领域得到了一系列的应用。
但缺乏高性能的正渗透膜是限制正渗透技术发展的重要障碍。理想的正渗透膜应当具有较致密且对溶质有高截留率的皮层和较薄且疏松多孔的支撑层,以减小内浓差极化。而发生在正渗透膜支撑层的内浓差极化,会导致有效驱动压力显著的减少,从而明显降低膜的有效水通量。因此,减小膜的厚度,特别是支撑层的厚度是目前减少内浓差极化的重要举措。目前的正渗透膜的厚度一般在50-120微米之间,但受到强度和制备方法的限制,进一步显著降低膜的厚度相对比较困难。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种能够有效降低支撑层的内浓差极化,提高膜的有效水通量的双皮层正渗透膜。
本发明的另一目的是提供上述双皮层正渗透膜的制备方法。
本发明所述的双皮层正渗透膜,其特征在于它包括中间的多孔支撑层和两侧的超薄皮层,所述多孔支撑层的中间还嵌有筛网或无纺布的支撑材料。
所述嵌有支撑材料的多孔支撑层厚度为60-120微米;所述超薄皮层的厚度为5-20微米。
所述多孔支撑层和超薄皮层为相同的聚合物材料。
所述多孔支撑层和超薄皮层的材料为三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物。
所述支撑材料的材质为棉、聚酯或尼龙,其厚度为40-100微米。
上述双皮层正渗透膜膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)对支撑材料进行处理:
将厚度为40-100微米材质为棉、聚酯或尼龙的支撑材料,用10%左右的氢氧化钠溶液浸泡处理,除去表面所吸附的杂质,然后用去离子水清洗,干燥备用;
(2)铸膜液的制备:
将烘干的三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物加入到1,4-二氧六环、丙酮、甲醇及乳酸的混合液中,使聚合物的体积百分浓度为10-18%,在室温至60℃下搅拌使其完全溶解,再静置24小时以上完全脱泡;
(3)相转化法制备正渗透膜:
将干燥处理后的支撑材料浸入上述铸膜液中1-12小时,从间隙80-180微米的两侧刮刀中间拉出,在一定温度和湿度下,在空气中挥发10-60秒后,浸入到去离子水中使其凝胶,得到双皮层正渗透膜膜;
(4)后处理:
将上述双皮层正渗透膜膜在40-60℃水浴中热处理5-30min,充分清洗之后,放在1%亚硫酸氢钠溶液中保存备用。
膜性能测试:
正渗透膜性能的指标主要为水通量和截留率,水通量是指单位时间内在单位膜面积上透过正渗透膜的水的体积,即水通量
Figure 2012105782523100002DEST_PATH_IMAGE001
(L·m−2·h−1)可以通过测量正渗透运行过程中汲取液质量的变化用公式(1)计算得到。
Figure 947857DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中,
Figure 2012105782523100002DEST_PATH_IMAGE003
为汲取液质量的增加,kg;ρ为水的密度,kg/m3S为膜的有效面积,m2t为运行时间,h。
截留率是指膜截留溶质的浓度与原溶液中溶质的浓度之比,通常是测量透过的水中溶质的浓度计算得到截留溶质的浓度。截留率通过公式(2)来计算。式中,
Figure 629112DEST_PATH_IMAGE004
为透过液中盐的浓度,mg/L;
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为初始原料液中盐的浓度,mg/L。
Figure 11113DEST_PATH_IMAGE006
(2)。
本发明的优点是具有双皮层的正渗透膜可以有效阻止溶质进入多孔支撑层,减少支撑层的内浓差极化,从而明显提高正渗透膜的有效水通量;采用本发明的方法可以形成真正两侧对称的双皮层的正渗透膜。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明。
实施例 1
(1)将厚度为80微米180目聚酯筛网用10%左右的氢氧化钠溶液浸泡处理约1小时,以除去表面所吸附的杂质,然后用去离子水清洗,干燥备用;
(2)将13.1%(V%)三醋酸纤维加入到52.4%(V%)1,4-二氧六环,19.7%(V%)的丙酮,8.2%(V%)甲醇和6.6%(V%)的乳酸的混合溶剂中, 40℃加热搅拌溶解,静置24hr以上使其完全脱泡;
(3)将干燥处理后的支撑材料浸入上述铸膜液中10小时,从间隙120微米的两侧刮刀中间拉出,在室温和90%相对湿度下,在空气中挥发30秒后,浸入到去离子水中使其凝胶,得到双皮层正渗透膜膜;
(4)后处理:
将上述双皮层正渗透膜膜在55℃水浴中热处理30min,充分清洗之后,放在1%亚硫酸氢钠溶液中保存备用;
(5)膜性能:
以上述方法所制备得到的双皮层正渗透膜的厚度为100微米,以0.1mol/L氯化钠为原料液,4mol/L葡萄糖为汲取液,室温下所测得的水通量为10.2 L·m−2·h−1,对于氯化钠的截留率为98.3%。
实施例 2
(1)将厚度为60微米涤纶布用10%左右的氢氧化钠溶液浸泡处理约1小时,以除去表面所吸附的杂质,然后用去离子水清洗,干燥备用;
(2)将10.4%(V%)二醋酸纤维加入到55.0%(V%)1,4-二氧六环,19.8%(V%)的丙酮,8.2%(V%)甲醇和6.6%(V%)的乳酸的混合溶剂中, 室温下搅拌溶解,静置24hr以上使其完全脱泡;
(3)将干燥处理后的支撑材料浸入上述铸膜液中8小时,从间隙100微米的两侧刮刀中间拉出,在室温和85%相对湿度下,在空气中挥发15秒后,浸入到去离子水中使其凝胶,得到双皮层正渗透膜膜;
(4)后处理:
将上述双皮层正渗透膜膜在60℃水浴中热处理10min,充分清洗之后,放在1%亚硫酸氢钠溶液中保存备用;
(5)膜性能:
以上述方法所制备得到的双皮层正渗透膜的厚度为86微米,以0.1mol/L氯化钠为原料液,4mol/L葡萄糖为汲取液,室温下所测得的水通量为12.8 L·m−2·h−1,对于氯化钠的截留率为96.8%。
实施例 3
(1)将厚度为80微米180目聚酯筛网用10%左右的氢氧化钠溶液浸泡处理约1小时,以除去表面所吸附的杂质,然后用去离子水清洗,干燥备用;
(2)将13.9%(V%)三醋酸纤维和二醋酸纤维素混合物(质量比为1:3)加入到52.1%(V%)1,4-二氧六环,19.2%(V%)的丙酮,8.2%(V%)甲醇和6.6%(V%)的乳酸的混合溶剂中,室温下搅拌溶解,静置24hr以上使其完全脱泡;
(3)将干燥处理后的支撑材料浸入上述铸膜液中12小时,从间隙120微米的两侧刮刀中间拉出,在室温和90%相对湿度下,在空气中挥发30秒后,浸入到去离子水中使其凝胶,得到双皮层正渗透膜膜;
(4)后处理:
将上述双皮层正渗透膜膜在60℃水浴中热处理10min,充分清洗之后,放在1%亚硫酸氢钠溶液中保存备用;
(5)膜性能:
以上述方法所制备得到的双皮层正渗透膜的厚度为100微米,以0.1mol/L氯化钠为原料液,4mol/L葡萄糖为汲取液,室温下所测得的水通量为11.4 L·m−2·h−1,对于氯化钠的截留率为95.6%。

Claims (6)

1. 一种双皮层正渗透膜,其特征在于它包括中间的多孔支撑层和两侧的超薄皮层,所述多孔支撑层的中间还嵌有筛网或无纺布的支撑材料。
2.根据权利要求1所述的正渗透膜,其特征在于所述嵌有支撑材料的多孔支撑层厚度为60-120微米;所述超薄皮层的厚度为5-20微米。
3.根据权利要求1所述的正渗透膜,其特征在于所述多孔支撑层和超薄皮层为相同的聚合物材料。
4.根据权利要求3所述的正渗透膜,其特征在于所述多孔支撑层和超薄皮层的材料为三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物。
5.根据权利要求1所述的正渗透膜,其特征在于所述支撑材料的材质为棉、聚酯或尼龙,其厚度为40-100微米。
6.一种如权利要求1所述双皮层正渗透膜膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)对支撑材料进行处理:
将厚度为40-100微米材质为棉、聚酯或尼龙的支撑材料,用10%左右的氢氧化钠溶液浸泡处理,除去表面所吸附的杂质,然后用去离子水清洗,干燥备用;
(2)铸膜液的制备:
将烘干的三醋酸纤维、二醋酸纤维或其混合物加入到1,4-二氧六环、丙酮、甲醇及乳酸的混合液中,使聚合物的体积百分浓度为10-18%,在室温至60℃下搅拌使其完全溶解,再静置24小时以上完全脱泡;
(3)相转化法制备正渗透膜:
将干燥处理后的支撑材料浸入上述铸膜液中1-12小时,从间隙80-180微米的两侧刮刀中间拉出,在一定温度和湿度下,在空气中挥发10-60秒后,浸入到去离子水中使其凝胶,得到双皮层正渗透膜膜;
(4)后处理:
将上述双皮层正渗透膜膜在40-60℃水浴中热处理5-30min,充分清洗之后,放在1%亚硫酸氢钠溶液中保存备用。
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