CN105327625A - 一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法 - Google Patents

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张盼盼
徐毅
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Abstract

本发明涉及一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，属于膜抗污染技术领域。通过添加蒙脱土颗粒与有机溶剂和制孔剂混合后加入聚合物PMIA，搅拌，溶解，然后在恒定温度下真空脱泡后将所得的均质稳定的膜液，再用L-S相转化法在平板无纺布上涂覆刮制成一定厚度的膜，经一定时间的溶剂蒸发后，在凝胶浴中凝胶成膜。本发明所制得PMIA纳滤膜，在较低的操作压力(0.1-1.0MPa)下对有机污染物的截留率可达到99％，水通量从30L/m2·h升高到120L/m2·h，膜的接触角从80°左右降到30°左右，有效的提高了膜的通量和分离效率以及亲水抗污染性，并且本发明方法操作简单，成本低，易于大规模工业化生产，具有广泛的应用前景。

Description

一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种平板芳香聚酰胺(PMIA)纳滤膜的制备方法，特别涉及特别涉及一种通过添加蒙脱土来提高芳香聚酰胺纳滤膜的通量和截留率以及亲水抗污染性能的方法，属于膜抗污染技术领域。
背景技术
膜分离技术已成为目前分离过程中涉及到的一项高新的处理技术。与传统分离技术相比，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、不污染环境以及操作过程简单、易于控制等优点。目前，膜分离技术已被广泛的应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油和水处理等多个领域，并且每年都保持稳速增长的趋势。纳滤膜分离技术作为一种压力驱动型膜分离技术，性质介于反渗透膜和超滤膜之间，可有效截留分子量在200-1000Da之间的污染物，与超滤膜技术相比，纳滤膜技术能够更好地分离相对分子质量在200以上的低分子有机物和多价盐；与反渗透技术相比，纳滤膜技术的操作压力更低(一般在1.0MPa以下)，降低了能耗，提高了经济效益，同时在分离过程中可保留对人体有益的部分离子。现今，纳滤分离技术已经被广泛应用在水软化处理、饮用水净化处理、有机物去除以及工业废水处理等领域，在水处理领域展现出良好的应用前景。
尽管纳滤膜分离技术具有很多优点，但是作为一种压力驱动膜过程，在实际水处理中会不可避免的出现膜污染问题。在操作过程中，水中的污染物被吸附在膜表面和膜孔中，导致膜孔堵塞，膜表面性能发生变化，从而造成膜通量降低，分离性能受到影响。这不仅会极大地影响污染物的去除效率，而且会降低膜的使用寿命，增加膜组件的保养和维修费用。因此选择和改性制膜材料，优化膜液配比和成膜条件，使其能够更有效地提高膜通量和分离性能，防止膜污染等是膜领域研究的热点之一。目前，已有相关专利报道了一些方法来改性纳滤膜，使其提高通量、截留率以及亲水耐污染性能等。CN103127844A通过添加纳米二氧化钛颗粒改性PMIA(聚间苯二甲酰间苯二胺)中空纤维纳滤膜，提高了膜的亲水耐污染性能。CN102397758A公开了以磺化聚醚砜为膜材料，制得改性聚醚砜纳滤膜，提高了纳滤膜通量和抗污染能力。目前，关于改性纳滤膜材料的报道和专利已有很多，但是基于芳香聚酰胺(PMIA)为主体膜材料，通过添加蒙脱土用一步相转化法制备平板纳滤膜，来提高膜通量、截留率和亲水耐污染性的技术还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其步骤如下：
(1)将制孔剂溶于有机溶剂中，磁力搅拌使其成完全溶解的混合液；
(2)在该混合溶液中加入蒙脱土颗粒，超声、搅拌，待蒙脱土在溶液中分散均匀，形成均匀混合液；
(3)向上述均匀混合液中加入芳香聚酰胺溶解，待聚合物完全溶解后搅拌，达到均一稳定状铸膜液，
(4)将上述铸膜液在恒温、真空条件下脱泡，然后将脱泡完全的铸膜液用刮膜棒在无纺布上刮膜，蒸干、在凝胶浴中凝胶成膜，即得到平板芳香聚酰胺纳滤膜，其中刮膜厚度为110～300μm，刮膜温度为60～90℃，蒸发时间为15～300s，凝胶浴温度为15～50℃，凝胶时间为0.5～24h；
上述平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备过程中，所述芳香聚酰胺的用量为10％～30wt％，所述的有机溶剂用量为50％～80wt％，所述的致孔剂用量为3％～15wt％，所述蒙脱土颗粒用量为0.5％～10wt％，所述的去离子水的用量为20％～80wt％。
进一步，所述有机溶剂为为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或二甲基亚砜中的一种或任意两种以上的混合物。
进一步，所述的致孔剂为氯化锂、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或任意两种以上的混合物；
进一步，所述的蒙脱土颗粒包括无机改性蒙脱土和有机改性蒙脱土，所述的无机改性蒙脱土为钙基、钠基、钠-钙基或镁基蒙脱土，所述的有机改性蒙脱土为有机改性剂处理过的蒙脱土，包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、聚合物单体或偶联剂的一种或几种处理过的蒙脱土。
进一步，所述凝胶浴为去离子水、乙醇、丙酮或去离子水与乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺混合溶液。
与现有的技术相比较，本发明的有益效果为：采用本发明制备出的PMIA纳滤膜，在较低的操作压力下(0.1-1.0MPa)对高分子有机污染物的截留率可达到99％，水通量从30L/m2·h升高到120L/m2·h，膜的接触角从80°左右降到30°左右，有效提高了膜的通量和分离效率以及亲水抗污染性；本发明方法操作简单，易于控制。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
称取N，N-二甲基乙酰胺146g，LiCl10g，混合均匀后加入钠基蒙脱土4g，超声2h后加入洗净干燥的PMIA40g，设定溶解温度为70℃，待PMIA完全溶解后，在50℃下搅拌8h，真空脱泡至膜液均质稳定；保持刮膜室温度在24℃，相对湿度为40％，将脱泡完全的均质膜液在平板无纺布上刮出180μm的膜，在100℃下蒸发5min后在20℃的去离子水中凝胶成膜，凝胶时间为30min，之后将凝胶的膜用去超纯水洗净备用。测量所得该膜的接触角为37.8°，在0.8MPa的压力下，通量为90L/m2·h，对有机污染物全氟辛烷磺酸(PFOS)的去除率为85％。
实施例2
称取N-甲基-2-吡咯烷酮161g，聚乙烯吡咯烷酮5g，混合均匀后加入阳离子改性蒙脱土(有机处理剂为CH3(CH2)17NH3+)6g，超声4h后加入洗净干燥的PMIA30g，设定溶解温度为70℃，待PMIA完全溶解后，在60℃下搅拌6h，真空脱泡至膜液均质稳定；保持刮膜室温度在24℃，相对湿度为40％，将脱泡完全的均质膜液在平板无纺布上刮出210μm的膜，在90℃下蒸发3min后在25℃的去离子水中凝胶成膜，凝胶时间为5h，之后将凝胶的膜用去超纯水洗净备用。测量所得该膜的接触角为32.6°，在0.8MPa的压力下，通量为115L/m2·h，对有机污染物全氟辛烷磺酸(PFOS)的去除率为91％。
实施例3
称取二甲基亚砜128g，聚乙二醇8g，混合均匀后加入阴离子改性蒙脱土(处理剂为十二烷基磺酸钠)8g，超声6h后加入洗净干燥的PMIA35g，设定溶解温度为70℃，待PMIA完全溶解后，在80℃下搅拌10h，真空脱泡至膜液均质稳定。保持刮膜室温度在24℃，相对湿度为40％，将脱泡完全的均质膜液在平板无纺布上刮出260μm的膜，在70℃下蒸发1min后在15℃的去离子水中凝胶成膜，凝胶时间为12h，之后将凝胶的膜用去超纯水洗净备用。测量所得该膜的接触角为28.4°，在0.8MPa的压力下，通量为98L/m2·h，对有机污染物全氟辛烷磺酸(PFOS)的去除率为96％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其特征在于，该方法是通过如下步骤实现的：
(1)将制孔剂溶于有机溶剂中，磁力搅拌使其成完全溶解的混合液；
(2)在该混合溶液中加入蒙脱土颗粒，超声、搅拌，待蒙脱土在溶液中分散均匀，形成均匀混合液；
(3)向上述均匀混合液中加入芳香聚酰胺溶解，待聚合物完全溶解后搅拌，达到均一稳定状铸膜液，
(4)将上述铸膜液在恒温、真空条件下脱泡，然后将脱泡完全的铸膜液用刮膜棒在无纺布上刮膜，蒸干、在凝胶浴中凝胶成膜，即得到平板芳香聚酰胺纳滤膜，其中刮膜厚度为110～300μm，刮膜温度为60～90℃，蒸发时间为15～300s，凝胶浴温度为15～50℃，凝胶时间为0.5～24h；
上述平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备过程中，所述芳香聚酰胺的用量为10％～30wt％，所述的有机溶剂用量为50％～80wt％，所述的致孔剂用量为3％～15wt％，所述蒙脱土颗粒用量为0.5％～10wt％，所述的去离子水的用量为20％～80wt％。
2.根据权利要求1所述的平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或二甲基亚砜中的一种或任意两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述的致孔剂为氯化锂、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或任意两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述的蒙脱土颗粒包括无机改性蒙脱土和有机改性蒙脱土，所述的无机改性蒙脱土为钙基、钠基、钠-钙基或镁基蒙脱土，所述的有机改性蒙脱土为有机改性剂处理过的蒙脱土，包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、聚合物单体或偶联剂的一种或几种处理过的蒙脱土。
5.根据权利要求1所述的平板芳香聚酰胺纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述凝胶浴为去离子水、乙醇、丙酮或去离子水与乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺混合溶液。
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