CN103977712A - 一种防孔渗复合膜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防孔渗复合膜的制造方法，该方法将预湿剂填充至支撑层中，占据支撑层孔道，然后将皮层膜液涂覆于支撑层上，经后处理即得本发明的产品。实验表明，采用本发明方法制造的复合膜，能有效防止孔渗现象的发生，提高膜通量。本发明复合膜制造方法可用于渗透汽化等诸多领域中。

Description

一种防孔渗复合膜的制造方法

技术领域

本发明属于膜材料制备技术及其应用方向，涉及一种防孔渗复合膜的制造方法，通过预湿的方法防止孔渗现象发生，可用于渗透汽化等诸多领域。

背景技术

近年来，膜技术已经成为一种公认的高效分离手段，在污水处理、海水淡化、化工分离等领域均获得了重要进展[Gin D.L.，Noble R.D.，Science，2011，332，674-676]。特别是渗透汽化、气体分离等膜过程在化工产品提纯、有机物分离、高纯气体制备等方面的应用备受关注，相关膜过程在实验室研究中，往往采用均质膜，致密的均质膜可以有效地分离各种混合物，但一般太厚，因而渗透速率很低，且在进行规模化应用时机械强度无法保障。

复合膜，一般由皮层和支撑层构成，皮层起主要的分离作用，支撑层通常为多孔膜，对皮层起支撑作用，改善膜在实际应用中的稳定性和分离能力。复合膜的制备方法包括涂覆法、界面聚合法等，其中涂覆法易于连续生产、过程简单，广受关注。涂覆法一般是将皮层材料配制成适当浓度的溶液，经过滤除去不溶物杂质后，用涂布等方法将它均匀的覆盖在支撑膜上，然后经干燥、交联等处理而制成复合膜。用涂覆法制造复合膜的关键之一是避免皮层膜液渗透至支撑层的孔道中，一旦发生孔渗，一方面皮层厚度不均匀，膜性能难以稳定，另一方面，孔渗的发生使得皮层实际厚度增加，大大降低膜的通量，使得膜的处理效率较低，失去实用价值[姜忠义，刘亮，冯海锋，渗透蒸发复合膜的选材与制备，现代化工，2004，24(4)：11-14]。有研究者采用在皮层膜液中加入表面活性剂的方法，强化皮层与支撑层的结合程度，使得皮层均匀地铺展在支撑层表面[陈翠仙，一种制备渗透汽化复合膜的方法，CN98123190.X，1998]。本发明采用预湿支撑层的方法，防止孔渗发生，迄今为止，未有预湿法制备防孔渗复合膜的专利报道。

发明内容

本发明的目的是设计一种防孔渗复合膜的制造方法，使皮层均匀分布在支撑层表面，减少孔渗，从而解决工业复合膜制备的关键问题。

本发明提出的防孔渗复合膜的制造方法，包括以下步骤：

(1)支撑层制备：将支撑层聚合物材料溶解于溶剂中，配制成聚合物浓度为12～25wt％的铸膜液，加入添加剂，溶解完全并经过滤、脱泡后，流延在无纺布上，再将其置于温度20～40℃的水凝固浴中浸泡24～48小时凝固成形，沥干并在50℃下真空干燥12小时，即得多孔支撑层；

(2)皮层膜液的配制：将皮层聚合物材料溶解于溶剂中，配制为8～20wt％的铸膜液，加入5～10wt％交联剂，加入1～5wt％光引发剂，分散、溶解完全后，经过滤、脱泡后备用；

(3)复合膜的制备：将支撑层在预湿剂中浸泡24小时，将皮层膜液涂覆在支撑层上，60℃下干燥24小时，预湿剂及皮层溶剂挥发，再置于250W紫外灯下辐照一定时间，即得防孔渗复合膜；

其中第(1)步所述的支撑层聚合物材料为聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜中的至少一种；所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的至少一种；所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或单元醇类中的至少一种。

其中第(2)步所述的皮层聚合物材料为醋酸纤维素、聚乙烯醇或乙基纤维素中的至少一种；所述的溶剂为三氯甲烷、二甲基乙酰胺、甲苯或水中的至少一种；所述的交联剂为甲基丙烯酸、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种；所述的光引发剂为二苯甲酮、安息香双甲醚或二苯基乙酮中的至少一种。

其中第(3)步所述的预湿剂为水或乙醇中的至少一种；所述的辐照时间为10～50分钟。

本发明以预湿的方法防止孔渗的发生，过程简单，图1为采用预湿法涂膜所制得的复合膜电镜照片，可以看出该复合膜有清晰的皮层和支撑层结构，两层之间界面清晰，无孔渗发生。图2为没有采用预湿底膜的方法制备的复合膜的电镜照片，皮层膜液涂覆在干燥的支撑层上，皮层膜液部分浸入到支撑层的孔道中，孔渗现象较为严重，皮层分布不均且实际厚度增加，影响膜的通量和处理效率。测试结果表明，采用预湿法制造复合膜可以有效地防止孔渗的发生。

附图说明

图1是采用预湿法制备的防孔渗复合膜的电镜照片；

图2是未采用预湿法制备的复合膜的电镜照片；

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1：

复合膜制造过程：将聚偏氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成聚合物浓度为20wt％的铸膜液，加入20wt％的聚乙二醇400添加剂，溶解完全并经过滤、脱泡后，流延在无纺布上，再将其置于温度25℃的水凝固浴中浸泡30小时凝固成形，沥干并在50℃真空干燥12小时，即得多孔支撑层；将乙基纤维素溶解于甲苯中，配制为13wt％的铸膜液，加入7wt％N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，加入3wt％二苯甲酮，溶解完全后，经过滤、脱泡后即得皮层膜液；将支撑层在水中浸泡24小时，将皮层膜液涂覆在支撑层上，60℃下干燥24小时，再置于250W紫外灯下辐照30分钟，即得防孔渗复合膜。

实施效果：制造的复合膜具有清晰的支撑层、皮层界面，二者结合紧密，无孔渗现象，其微观结构参见图1；采用正庚烷、噻吩有机混合物为分离对象，其原料硫含量为550μg/g，操作温度为90℃，所制得的复合膜的渗透通量为830g/m²·h，分离系数为5.8。

实施例2：

复合膜制造过程：支撑层制备过程同实施例1，皮层膜液配制过程同实施例1。将皮层膜液涂覆在未经预湿的支撑层上，60℃下干燥24小时，再置于250W紫外灯下辐照30分钟，即得复合膜。

实施效果：制造的复合膜具有孔渗现象，部分皮层膜液渗透至支撑层孔道中，支撑层和皮层没有清晰界面，其微观结构参见图2；采用正庚烷、噻吩有机混合物为分离对象，其原料硫含量为550μg/g，操作温度为90℃，所制得的复合膜的渗透通量为51g/m²·h，分离系数为3.6。

实施例3：

复合膜制造过程：将聚醚砜溶解于二甲基乙酰胺中，配制成聚合物浓度为16wt％的铸膜液，加入10wt％的聚乙烯吡咯烷酮K30添加剂，溶解完全并经过滤、脱泡后，流延在无纺布上，再将其置于温度30℃的水凝固浴中浸泡36小时凝固成形，沥干并在50℃真空干燥12小时，即得多孔支撑层；将聚乙烯醇溶解于水中，配制为9wt％的铸膜液，加入5wt％的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，加入1wt％二苯基乙酮，分散完全后，经过滤、脱泡后即得皮层膜液；将支撑层在乙醇中浸泡24小时，将皮层膜液涂覆在支撑层上，60℃下干燥24小时，再置于250W紫外灯下辐照40分钟，即得防孔渗复合膜。

实施效果：采用乙醇浓度为95wt％的乙醇、水混合物为分离对象，操作温度为75℃，所制得的复合膜的渗透通量为550g/m²·h，分离系数为480。

Claims (5)

1.一种制造防孔渗复合膜的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)支撑层制备：将支撑层聚合物材料溶解于溶剂中，配制成聚合物浓度为12～25wt％的铸膜液，加入添加剂，溶解完全并经过滤、脱泡后，流延在无纺布上，再将其置于温度20～40℃的水凝固浴中浸泡24～48小时凝固成形，沥干并在50℃下真空干燥12小时，即得多孔支撑层；

(2)皮层膜液的配制：将皮层聚合物材料溶解于溶剂中，配制为8～20wt％的铸膜液，加入5～10wt％交联剂，加入1～5wt％光引发剂，分散、溶解完全后，经过滤、脱泡后备用；

(3)复合膜的制备：将支撑层在预湿剂中浸泡24小时，将皮层膜液涂覆在支撑层上，60℃下干燥24小时，预湿剂及皮层溶剂挥发，再置于250W紫外灯下辐照一定时间，即得防孔渗复合膜。

2.根据权利要求1所述的复合膜制造方法，其特征在于，其中第(1)步所述的支撑层聚合物材料为聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜中的至少一种；所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的至少一种；所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或单元醇类中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的复合膜制造方法，其特征在于，其中第(2)步所述的皮层聚合物材料为醋酸纤维素、聚乙烯醇或乙基纤维素中的至少一种；所述的溶剂为三氯甲烷、二甲基乙酰胺、甲苯或水中的至少一种；所述的交联剂为甲基丙烯酸、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种；所述的光引发剂为二苯甲酮、安息香双甲醚或二苯基乙酮中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的复合膜制造方法，其特征在于，其中第(3)步所述的预湿剂为水或乙醇中的至少一种；所述的辐照时间为10～50分钟。

5.根据权利要求1或2所述的复合膜制造方法，其中，所述添加剂的特征在于聚乙二醇的相对分子量为400、600、800或2000中的至少一种，所述的聚乙烯吡咯烷酮的K值为15、30、60或90中的至少一种。所述添加剂的质量百分比优选5～30wt％。