CN104801203A - 一种可分解表面有机污染物的分离膜及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可分解表面有机污染物的分离膜及制备方法，其特征在于：所述分离膜为聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层；所述功能层由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合成溶液，按重量百分比计：醋酸纤维素10~38%，致孔剂1~29%，二氧化钛1~10%，溶剂60~88%，经铸膜液的制备、功能层的制备工序得到的分离膜能够在光照条件下自行降解表面有机污染物，对有机物的水溶液，具有较大的水通量和较高的有机物分子的截留率，同时具备较好的耐酸和耐氯性能。

Description

一种可分解表面有机污染物的分离膜及制备方法

 技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种可分解表面有机污染物的分离膜及制备方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，工业废水排放的有机污染物已对生态安全造成了危害，特别在造纸、印染、化工等行业中，废水中的有机物污染一直是水资源的严重污染源。废水中的有机物污染处理的常用方法有化学法、絮凝法以及膜分离方法。化学法不仅需要大量的化学试剂，还处理后的废浆依然可能有二次污染；絮凝-浮选法需提供大量的絮凝剂，操作费用较高；而膜分离法相对于前两种方法而言，效率更高、成本较低。但是，膜分离过程中，有机物会残留在膜表面，填充或覆盖住分离膜表面的水通道，令分离膜性能降低，甚至完全失效。因此，研究出可自行去除表面有机物污染的新型分离膜，可有效提高分离膜的使用寿命，并显著降低膜分离工艺的运行成本。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能够在光照条件下自行降解表面有机污染物的分离膜及其制备方法。该分离膜对有机物的水溶液，具有较大的水通量和较高的有机物分子的截留率，同时具备较好的耐酸和耐氯性能。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：

所述分离膜为聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层；所述功能层由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合成溶液，按重量百分比计：醋酸纤维素10~38%，致孔剂1~29%，二氧化钛1~10%，溶剂60~88%，经相转化方法制成功能层。

按上述方案，所述醋酸纤维素的乙酰基含量为37%~40%。

按上述方案，所述致孔剂为选自聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二醇、甘油、甲醇、聚乙烯吡咯烷酮的一种或几种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述溶剂为选自环丁砜、丙酮、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述二氧化钛为直径在20nm~40nm之间的二氧化钛纳米颗粒。

一种可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其步骤如下：

（1）铸膜液的配制：按功能层配比：醋酸纤维素10~38%，致孔剂1~29%，二氧化钛1~10%，溶剂60~88%将醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合成溶液，经搅拌充分均匀溶解后，真空脱泡处理得到铸膜液；

（2）功能层的制备：将铸膜液涂覆于聚酯无纺布上，涂覆厚度为100~300μm，然后浸入水中，经相转化成型，取出后室温晾干，即得到聚酯无纺布/功能层的基体材料。

所述步骤（1）中功能层配比溶液充分溶解的条件是利用超声波震荡5分钟，将二氧化钛分散于溶剂中形成悬浊液，之后在温度20~75℃下搅拌4~48小时；所述真空脱泡处理的条件是在温度25~75℃下真空中脱泡1~30小时。

所述步骤（2）中铸膜液涂覆于无纺布上相转化成型的条件是在温度为10~40℃的空气中停留30~180秒进行表面蒸发后，浸入水中凝胶固化成膜；

所述步骤（2）中铸膜液涂覆于无纺布上，浸入水中分两个阶段进行，第一阶段：多次浸入10~60℃水中除去参与反应的溶剂，每次浸入时间优选10分钟；第二阶段：在10~60℃水中5~24小时浸渍，使分离膜中的致孔剂和溶剂与水进行充分交换，以得到所需的分离膜。

本发明由于采用上述技术方案，具有以下优点：

1、本发明分离膜的功能层是以具有热稳定性、化学稳定性和较好的力学强度的醋酸纤维素作为分离膜的主要组成材料，且环境友好、不溶于水，以一定配比的致孔剂可溶于水，溶剂可溶解醋酸纤维素和致孔剂，且可与水混溶，利用功能层配比材料的特性，可以充分均匀溶解，以得到分离膜的铸膜液。

2、本发明分离膜的功能层采用的材料纳米二氧化钛具有较好的光电性能，在光照条件下，可将与分离膜表面接触的有机物降解成水和二氧化碳，作为催化剂将溶液中的有机污染物降解，从而达到清洁分离膜表面的目的。

3、本发明制备分离膜工艺中，在对功能层的混合溶液经搅拌充分均匀，利用真空脱泡法去除搅拌所混入溶液的空气气泡，得到所需的铸膜液；利用浸没沉淀法将铸膜液中的有机溶剂和水分子相交换，溶于有机溶剂但不溶于水的醋酸纤维素将聚集成膜，当液相的铸膜液完全转化为固相的薄膜之后，将其取出后室温晾干，即利用相转化法得到无纺布/功能层的分离膜，与现有技术相比，本发明所制得的分离膜由于对膜表面所吸附的有机物有降解作用，能大大提高分离膜对有机物污染的耐受能力。

附图说明

图1是本发明实施例1所制得的可分解表面有机污染物的分离膜，有机染料罗丹明b的降解。

图2 本发明可分解表面有机污染物的分离膜，在溶液中的有机染料浓度随时间的变化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

一种可分解表面有机污染物的分离膜，所述分离膜是由聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层构成；所述功能层的涂覆液是由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合形成的溶液，按重量百分比计，其各组分原料的配比为醋酸纤维素10%、聚乙烯吡咯烷酮1%、二氧化钛1%、溶剂丙酮88%。

上述可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其步骤如下：

（1）铸膜液的配制：称取醋酸纤维素50g，聚乙烯吡咯烷酮5g、二氧化钛5g，丙酮440g，混合配成500g溶液，先利用超声波震荡5分钟，再于70℃下搅拌10小时，在25℃下真空脱泡1小时后，得到铸膜液；

（2）功能层的制备：利用刮刀将铸膜液均匀涂覆于无纺布上，涂覆厚度为150μm（即初生液膜厚度为150μm），在室温下空气中蒸发30秒后，浸入20℃纯水中凝胶固化成膜；再浸入20℃纯水中三次以出去参与溶剂，每次10分钟；接着在20℃的纯水中浸渍5小时候室温晾干，即得到无纺布/功能层的分离膜。

    本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜的分离性能：温度20~30℃、操作压力0.03~0.1MPa的条件下，测试液为4mg/L的罗丹明b的水溶液，分离膜的性能是：截留率为60~90%，水通量为1500~3000L/(m²h)。

本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜对有机物的催化降解性能：取4cm²的分离膜浸入500ml的浓度为4mg/L的罗丹明b溶液，在500w氙灯光照条件下，每隔30分钟进行一次取样，利用紫外可见分光光度计对溶液浓度进行测试。发现经3小时后，溶液中的罗丹明b基本降解完全。附图1是实例1制备薄膜对有机染料罗丹明b溶液进行不同时间降解后的其溶液的吸收光谱。图2 本发明可分解表面有机污染物的分离膜在溶液中的有机染料浓度与初始浓度的比值随时间的变化。

实施例2

一种可分解表面有机污染物的分离膜，所述分离膜是由聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层构成；所述功能层的涂覆液是由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合形成的溶液，按重量百分比计，其各组分原料的配比为醋酸纤维素20%、聚乙二醇3%、甲醇5%、二氧化钛2%、丙酮20%、N-甲基吡咯烷酮38%

上述可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其步骤如下：

铸膜液的配制：称取醋酸纤维素100g，聚乙二醇15g、甲醇25g、二氧化钛10g，丙酮100g，N-甲基吡咯烷酮190g，配成溶液，先利用超声波震荡5分钟，再于50℃下搅拌10小时，在35℃下真空脱泡10小时后，得到铸膜液；

功能层的制备：利用刮刀将铸膜液均匀涂覆于无纺布上，涂覆厚度为150μm（即初生液膜厚度为150μm），在室温下空气中蒸发30秒后，浸入35℃纯水中凝胶固化成膜；再浸入30℃纯水中三次以出去参与溶剂，每次10分钟；接着在10℃的纯水中浸渍12小时候室温晾干，即得到无纺布/功能层的分离膜。

    本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜的分离性能：温度20~30℃、操作压力0.05~0.2MPa的条件下，测试液为4mg/L的罗丹明b的水溶液，分离膜的性能是：截留率为55~70%，水通量为2580~3620L/(m²h)。

    本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜对有机物的催化降解性能：取4cm²的分离膜浸入500ml的浓度为4mg/L的罗丹明b溶液，在500w氙灯光照条件下，每隔30分钟进行一次取样，利用紫外可见分光光度计对溶液浓度进行测试。发现经3小时后，溶液中的罗丹明b基本降解完全。

实施例3

一种可分解表面有机污染物的分离膜，所述分离膜是由聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层构成；所述功能层的涂覆液是由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合形成的溶液，按重量百分比计，其各组分原料的配比为醋酸纤维素35%、乙二醇10%、甘油5%、聚乙烯吡咯烷酮10%、二氧化钛10%、丙酮20%、环丁砜10%。

上述可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其步骤如下：

铸膜液的配制：称取醋酸纤维素175g，乙二醇50g、甘油5g、聚乙烯吡咯烷酮50g，二氧化钛50g、丙酮100g，环丁砜50g，配成溶液，先利用超声波震荡5分钟，再于40℃下搅拌10小时，在35℃下真空脱泡24小时后，得到铸膜液；

功能层的制备：利用刮刀将铸膜液均匀涂覆于无纺布上，涂覆厚度为150μm（即初生液膜厚度为150μm），在室温下空气中蒸发30秒后，浸入35℃纯水中凝胶固化成膜；再浸入30℃纯水中三次以出去参与溶剂，每次10分钟；接着在10℃的纯水中浸渍12小时候室温晾干，即得到无纺布/功能层的分离膜。

    本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜的分离性能：温度20~30℃、操作压力0.05~0.2MPa的条件下，测试液为4mg/L的罗丹明b的水溶液，分离膜的性能是：截留率为25~60%，水通量为2750~3820L/(m²h)。

    本实施例所制得的分离膜在以下测试条件开始测试膜对有机物的催化降解性能：取4cm²的分离膜浸入500ml的浓度为4mg/L的罗丹明b溶液，在500w氙灯光照条件下，每隔30分钟进行一次取样，利用紫外可见分光光度计对溶液浓度进行测试。发现经2小时后，溶液中的罗丹明b基本降解完全。

Claims (9)

1.一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：所述分离膜为聚酯无纺布层和涂覆于无纺布上的功能层；

所述功能层由醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合成溶液，按重量百分比计：醋酸纤维素10~38%，致孔剂1~29%，二氧化钛1~10%，溶剂60~88%，经相转化方法制成功能层。

2.根据权利要求1所述的一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：所述醋酸纤维素的乙酰基含量为37%~40%。

3.根据权利要求1所述的一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：所述致孔剂为选自聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二醇、甘油、甲醇、聚乙烯吡咯烷酮的一种或几种按任意比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：所述溶剂为选自环丁砜、丙酮、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种按任意比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种可分解表面有机污染物的分离膜，其特征在于：

所述二氧化钛为直径为20nm~40nm之间的二氧化钛纳米颗粒。

6.根据权利要求1-5所述的一种可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其步骤如下：

（1）铸膜液的配制：按功能层配比：醋酸纤维素10~38%，致孔剂1~29%，二氧化钛1~10%，溶剂60~88%将醋酸纤维素、致孔剂、二氧化钛和溶剂混合成溶液，经搅拌充分均匀溶解后，真空脱泡处理得到铸膜液；

（2）功能层的制备：将铸膜液涂覆于无纺布上，涂覆厚度为100~300μm，然后浸入水中，经相转化成型，取出后室温晾干，即得到聚酯无纺布/功能层的基体材料。

7.根据权利要求6所述的一种可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中功能层配比溶液充分溶解的条件是利用超声波震荡5分钟，将二氧化钛分散于溶剂中形成悬浊液，之后在温度20~75℃下搅拌4~48小时；所述真空脱泡处理的条件是在温度25~75℃下真空中脱泡1~30小时。

8.根据权利要求6所述的一种可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中铸膜液涂覆于无纺布上相转化成型的条件是在温度为10~40℃的空气中停留30~180秒进行表面蒸发后，浸入水中凝胶固化成膜。

9.根据权利要求6所述的一种可分解表面有机污染物分离膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中铸膜液涂覆于无纺布上，浸入水中分两个阶段进行，第一阶段：多次浸入10~60℃水中除去参与反应的溶剂，每次浸入时间优选10分钟；第二阶段：在10~60℃水中5~24小时浸渍，使分离膜中的致孔剂和溶剂与水进行充分交换，得到所需的分离膜。