CN104801202A - 带支撑体的蒸馏膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种带支撑体的蒸馏膜的制备方法。首先将PVDF粉末进行真空干燥，将干燥后的PVDF粉末与添加剂混合搅拌溶解，得到透明均一的铸膜液，静置或在真空干燥箱中脱除气泡，将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上，用刮刀迅速将其均匀分布，初生的膜在空气中静置后连同玻璃板快速平稳的浸入温度恒定的去离子水中，10min后去除玻璃板放入大量去离子水中，勤换去离子水保存至少3天。采用本发明的方法制成的膜具有高机械强度高、高通量、高截留率、价格低廉等诸多优点。
Description
技术领域
背景技术
膜分离技术被公认为21世纪最后重要的新技术之一。膜分离技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。膜分离技术作为新型分离技术已广泛应用于气体分离、物料分离和水处理，其中水处理领域对膜产品的需求量最大。
膜蒸馏技术与超滤、纳滤、反渗透等压力驱动膜分离技术相比,其优点在于:(1)在常压下便能运行,设备构造简单,易于操作运行；(2)膜孔仅有蒸汽能透过,理论上膜蒸馏脱盐率可达100％；(3)可处理高浓度盐溶液,并且是目前唯一能从溶液中分离出结晶产物的膜分离过程；(4)运行过程中可利用工厂的低品位废热、地热、太阳能和温泉等廉价能源,无需高温,只要膜两侧维持适当的温差,该过程就可以进行。因此,膜蒸馏技术在处理高含盐废水和高含盐有机废水的领域具有明显的应用前景。
但对于蒸馏膜的制备还存在许多待完善之处。主要是研究性能优良，价格低廉的优质蒸馏膜。目前可用于制膜的材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)膜、聚丙烯(PP)膜、和聚氯乙烯(PVC)膜，其中PVDF膜因为其具有化学性质稳定、价格低廉的优点，被广泛用于蒸馏膜的生产中。制备方法中相转化法是制备蒸馏膜的一种常用方法,但采用相转化法制备的蒸馏膜强度较低,容易破裂,实际应用受到限制。为提高相转化法所制备的蒸馏膜的机械强度,目前一般是以非织造布为支撑体,以偏氟乙烯(PVDF)铸膜液涂覆在支撑体上为活性层,制备增强型复合膜，这种复合膜的机械强度较好。
在已有的蒸馏膜制备方法中，公开号为CN102228801A的专利文件中公开了一种疏水性蒸馏膜材料,该材料以超滤或微滤膜材料为基础膜材料,采用改性材料通过气相、液相或等离子态对所述基础膜材料的表面进行改性而获得。该方法虽然具有高水通量，但是其制备方法复杂，且制备的费用较高。公开号为CN102303407A的专利文件中公开了一种三维拉伸制备聚四氟乙烯薄膜的方法,其具有设备简单,能耗低的优点，但是因为溶质拉伸作用制膜，其孔径无法控制均匀。公开号为CN103481528A的专利文件中公开了一种双向拉伸多孔膨化聚四氟乙烯膨化中空管式膜的制备方法，具有良好的化学稳定性，强度高的特点，但是通过该方法制备的微孔膜抗污染能力不强，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够制备出具有高机械强度、高通量、高截留率、价格低廉的膜的带支撑体的蒸馏膜的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
首先将PVDF粉末进行真空干燥，将干燥后的PVDF粉末与添加剂混合搅拌溶解，得到透明均一的铸膜液，静置或在真空干燥箱中脱除气泡，将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上，用刮刀迅速将其均匀分布，初生的膜在空气中静置后连同玻璃板快速平稳的浸入温度恒定的去离子水中，10min后去除玻璃板放入大量去离子水中，勤换去离子水保存至少3天。
本发明还可以包括：
1、PVDF粉末与添加剂的质量百分比组成为：
2、所述聚酯筛网为200目的聚酯筛网。
3、所述真空干燥的温度为60-70℃，真空干燥时间为24h。
4、所述脱除气泡的温度为70-80℃，静置脱泡时间为24h；真空干燥脱泡时间为12h。
本发明针对目前蒸馏膜存在的通量低、强度差，膜材料造价较高等问题，首先选取廉价的PVDF树脂作为制膜材料，降低膜的成本，并以聚酯筛网作为支撑，起到增加蒸馏膜强度的作用，同时减少了膜的厚度，从而提高了膜的通量。采用浸没沉淀相转化的方法制膜，工艺简单同时因为溶质充分溶解，所以膜孔均匀且易控制。经过大量的实验研究证明该方法制备的蒸馏膜具有高机械强度、高通量、高截留率，价格低廉的特点。
本发明的优点是：
1.在传统的PVDF平板蒸馏膜的基础上，以聚酯筛网做支撑层，这使膜材料机械性能显著提高，能承受更高过滤压力并耐受高强度剪切力。同时聚酯筛网具有与PVDF、PDMS粘合度高，孔径大，传质阻力小等优点。
2.PDMS具有许多优良的性质,如耐热性和憎水性好，很高的机械强度和化学稳定性，耐强侵蚀介质等,因此PDMS的加入对于蒸馏膜的性能有改善的作用。
3.PVDF活性层附着在聚酯筛网支撑层上，厚度与无支撑的蒸馏膜相比有倍数的减少，极大的降低膜的过滤阻力，通量得到提高。
4.该蒸馏膜具有良好的抗污染性能,微孔膜不易被堵塞及润湿,料液不易透过蒸馏膜,因此具有较高的截留率同时可延长蒸馏膜的工作时间。
5.成膜工艺简单、成熟，很容易实现工业化。
附图说明
图1是此蒸馏膜的制备过程。
图2为直接接触式膜蒸馏实验装置。
图3(a)-图3(f)为实例的接触角扫描照片。
具体实施方式
本发明采用浸没沉淀相转化(L-S)法制备不同带支撑的蒸馏膜，具体制备方法如下：
首先将PVDF粉末在一定温度条件下真空干燥一段时间,将干燥后的PVDF粉末按一定比例和添加剂适当温度下在烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置一段时间或在真空干燥箱中脱除气泡；将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置一段时间后,连同玻璃板快速平稳的浸入温度恒定的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。图1是此蒸馏膜的制备过程，其中：11支撑层、12铸膜液、13刮刀、14相转化膜、14凝固液。图2为直接接触式膜蒸馏实验装置，其中，1热端恒温料液、2蠕动泵、3膜组件、4蒸馏膜、5温度计、6蠕动泵、7温度计、8冷端恒温料液。
其中带支撑的蒸馏膜组分及含量为(所有百分数为质量百分数)：
支撑层为200目的聚酯筛网
制备过程中主要运行参数如下：
下面举例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
首先将PVDF粉末在60℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按14％和4％的比例添加于含5％和78％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置30s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,膜在水中浸泡至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
将以上制备的蒸馏膜进行膜蒸馏实验，见图2，采用直接接触式，热端为质量分数5％的Nacl溶液，温度为70℃，冷端为蒸馏水，温度20℃。经过12小时的连续测试，其测试结果为渗透通量可达12.45kg/(m2.h),盐截留率高达99.99％。同时对蒸馏膜进行接触角的测试，其接触角为114.279°，见图3(a)，为疏水性蒸馏膜。
实施例2：
首先将PVDF粉末在65℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按12％和6％的比例添加于含5％和77％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置40s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜膜的制备：
所制得蒸馏膜的膜蒸馏实验同实施例1。蒸馏膜的测试结果为其渗透通量可达11.81kg/(m2.h),盐截留率高达99.99％。接触角为118.12°，见图3(b)，为疏水性蒸馏膜。
实施例3：
首先将PVDF粉末在70℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按13％和2％的比例添加于含5％和79％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置40s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
所制得蒸馏膜的膜蒸馏实验同实施例1。蒸馏膜的测试结果为其渗透通量可达12.59kg/(m2.h),盐截留率高达99.99％。接触角为116.051°，见图3(c)，为疏水性蒸馏膜。
实施例4：
首先将PVDF粉末在62℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按15％和2％的比例添加于含5％和78％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置32s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
所制得蒸馏膜的膜蒸馏实验同实施例1。蒸馏膜的测试结果为其渗透通量可达13.52kg/(m2.h),盐截留率高达99.89％。接触角为114.219°，见图3(d)，为疏水性蒸馏膜。
实施例5：
首先将PVDF粉末在67℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按12％和8％的比例添加于含5％和75％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置37s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
所制得蒸馏膜的膜蒸馏实验同实施例1。蒸馏膜的测试结果为其渗透通量可达13.26kg/(m2.h),盐截留率高达99.99％。接触角为114.917°，见图3(e)，为疏水性蒸馏膜.。
实施例6：
首先将PVDF粉末在69℃下真空干燥24h,将干燥后的PVDF、PVP粉末按15％和3％的比例添加于含5％和77％的PDMS、DMAC溶液的烧瓶中搅拌溶解24h,得到透明均一的铸膜液,静置24h脱泡。将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上,用具有一定厚度的刮刀迅速将其均匀分布,初生的膜在空气中静置37s后连同玻璃板快速平稳的浸入25℃的去离子水中,10min后将玻璃板取出放入大量去离子水中,保存至少3天,且须勤换去离子水,以完全脱除残留的溶剂。
按照以下参数进行蒸馏膜的制备：
所制得蒸馏膜的膜蒸馏实验同实施例1。蒸馏膜的测试结果为其渗透通量可达13.78kg/(m2.h),盐截留率高达99.99％。接触角为122.421°，见图3(f)，为疏水性蒸馏膜。与以上5个实施例相比，其性能最优，为此蒸馏膜最佳的制备条件。
Claims (9)
1.一种带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：首先将PVDF粉末进行真空干燥，将干燥后的PVDF粉末与添加剂混合搅拌溶解，得到透明均一的铸膜液，静置或在真空干燥箱中脱除气泡，将铸膜液倾倒在一块附着聚酯筛网的洁净玻璃板上，用刮刀迅速将其均匀分布，初生的膜在空气中静置后连同玻璃板快速平稳的浸入温度恒定的去离子水中，10min后去除玻璃板放入大量去离子水中，勤换去离子水保存至少3天。
2.根据权利要求1所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是PVDF粉末与添加剂的质量百分比组成为：
3.根据权利要求1或2所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述聚酯筛网为200目的聚酯筛网。
4.根据权利要求1或2所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述真空干燥的温度为60-70℃，真空干燥时间为24h。
5.根据权利要求3所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述真空干燥的温度为60-70℃，真空干燥时间为24h。
6.根据权利要求1或2所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述脱除气泡的温度为70-80℃，静置脱泡时间为24h；真空干燥脱泡时间为12h。
7.根据权利要求3所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述脱除气泡的温度为70-80℃，静置脱泡时间为24h；真空干燥脱泡时间为12h。
8.根据权利要求4所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述脱除气泡的温度为70-80℃，静置脱泡时间为24h；真空干燥脱泡时间为12h。
9.根据权利要求5所述的带支撑体的蒸馏膜的制备方法，其特征是：所述脱除气泡的温度为70-80℃，静置脱泡时间为24h；真空干燥脱泡时间为12h。
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| CN108786478A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-13 | 河南工程学院 | 膜蒸馏用复合膜的制备方法 |
| CN109589805A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-09 | 天津工业大学 | 一种膜蒸馏用三层膜的制备方法 |
| CN112876732A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-01 | 佛山市南海区苏科大环境研究院 | 一种复合蒸馏膜及其制备方法和应用 |
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