CN105771695A - 一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法。其具体步骤如下：首先配制木质素溶液；然后在一定压力、流速、温度条件下，用聚酰胺反渗透膜过滤配制好的木质素溶液；最后排出装置中木质素溶液，用纯水在无压力高流速条件下对膜装置进行冲洗后得到改性后的反渗透膜。通过此方法得到的改性反渗透膜膜面粗糙度增大和荷负电性增强，使膜的渗透性能得到显著提升，提高了膜的抗污染能力，可降低反渗透膜的运行成本。

Description

一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法
技术领域
本发明涉及一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法。属于膜材料表面处理的方法。
背景技术
反渗透膜是一种以压力为推动力，截留溶液中溶质的半渗透膜。相比于蒸发分离过程，反渗透具有成本较低，操作过程简单以及脱除效率高和环境友好等优点并广泛的用于海水及苦咸水的淡化，废水处理，浓缩分离等众多领域。
目前，商品化的反渗透膜主要采用芳香聚酰胺材料制备而成，如何提高膜渗透性能和抗污染性能是反渗透膜研究的热点，最主要的方法是进行膜表面改性，改性方法主要有三种，一是表面涂覆改性，通过在膜表面涂覆一层改性材料，进而达到改善膜过滤性能的目的；二是表面溶剂处理，通过酸、醇等化学溶剂对反渗透膜表面进行处理；三是表面接枝改性，通过物理或化学方法，使得膜表面中部分基团具有反应活性，并利用其引发活性单体在膜表面进行接枝聚合，形成具有一定功能的接枝层。涂覆改性和表面溶剂处理方法操作简单，但前者增加了复合膜的厚度，降低膜渗透通量，后者在改性过程中需要选择合适的溶剂、控制溶剂浓度和处理时间，而表面接枝需引进大量有机物，工艺复杂。中国专利CN102824855A公开了一种聚酰胺反渗透复合膜的表面改性方法，通过采用碳二亚胺耦合剂对含羧基基团的聚酰胺反渗透复合膜进行表面改性以提高其亲水性能及抗污染性能，改性后的膜抗污染性能得到一定改善。该工艺操作简便，但是改性过程用到大量有机试剂、过程繁琐。中国专利CN104084060A公开了一种复合反渗透膜的抗污染改性方法，采用溶有壳聚糖、表面活性剂的酸性溶液涂覆膜面，再与碱性溶液进行接触得到抗污染改性的反渗透膜，改性后的膜对测试溶液牛血清蛋白的抗污染性能得到提升。
报道的聚酰胺反渗透膜抗污染性改性方法在提高抗污性能的同时，膜通量都会有一定的降低。基于此，需要提供一种工艺简单，在不降低膜截留性能的同时能够有效的提高膜通量并具有抗污染性能的膜改性方法。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法。
本发明的技术方案如下：一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法，其具体步骤如下：
(1)配制一定浓度的木质素溶液；
(2)在一定压力、流速、温度条件下，用聚酰胺反渗透膜过滤配制好的木质素溶液一段时间；
(3)排出装置中木质素溶液，用纯水在无压力高流速条件下对膜装置进行冲洗移除多余的木质素溶液后得到改性后的反渗透膜。
优选上述步骤(1)中的木质素为碱性木质素或木质素磺酸盐。
优选上述步骤(1)中配制的木质素溶液浓度范围为0.25–2g/L。
优选上述步骤(2)中的过滤过程为错流过滤方式。
优选上述步骤(2)中过滤过程的压力为0.6–2.0MPa，流速为0.5–3.0m/s，温度为25-45℃，过滤时间为1-5小时。
优选上述步骤(2)中聚酰胺反渗透膜为平板膜或卷式膜。
优选上述步骤(3)中排出木质素溶液后纯水冲洗膜面流速为1-4m/s。
优选上述步骤(3)中用纯水冲洗膜面残留木质素的次数为2–4次，至膜通量稳定为止。
本发明通过简单的用聚酰胺反渗透膜过滤碱性木质素溶液，无其他化学处理，即能够有效的提高聚酰胺反渗透膜的通量，同时并没有改变膜对无机盐的截留效果。该方法简单有效，易于实现规模化生产，可降低聚酰胺反渗透膜的应用运行成本。
有益效果：
(1)改性方法可直接用于膜元件，简单有效，易于实现，重复性好，利于大规模进行改性膜生产；
(2)本发明改性过程中无有害溶剂的使用、无苛刻的处理条件，节能环保；
(3)改性后的膜通量得到了提升，增大了单位面积膜的处理量，降低运行成本。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明进行进一步阐述。所列实施案例不能全部包括本发明的内容，本领域技术人员在无创造性劳动前提下仅对本发明作条件改动所获得的结果，均属于本发明的保护范围。
反渗透膜标准测试方法：氯化钠浓度为1500ppm，操作压力为60psi(0.4MPa)，温度为25℃，测试稳定状态下的盐截留率。在操作压力为60psi(0.4MPa),温度为25℃条件下测试膜的纯水通量。
根据反渗透膜标准测试方法改性前膜纯水为通量20.94L/(m2·h)，氯化钠截留率为98.05％。
实施例1
配制1g/L的木质素磺酸钠溶液，在操作压力为0.6MPa、膜面流速为3m/s、温度为25摄氏度的条件下，用平板聚酰胺反渗透膜错流过滤木质素溶液5个小时，然后用纯水在无压力、膜面流速为4m/s的条件下冲洗膜面残余木质素溶液2次得到改性后的反渗透膜。经测试膜通量提高7％，对氯化钠的截留率为98.06％。
实施例2
配制0.5g/L的碱性木质素溶液，在操作压力为2MPa、膜面流速为1m/s、温度为30摄氏度的条件下，用卷式聚酰胺反渗透膜错流过滤木质素溶液3个小时，然后用纯水在无压力、膜面流速为3m/s的条件下冲洗膜面残余木质素溶液3次得到改性后的反渗透膜。经测试膜通量提高24％，无机盐氯化钠的截留率为98.5％。
实施例3
配制2g/L的碱性木质素溶液，在操作压力为1MPa、膜面流速为0.5m/s、温度为45摄氏度的条件下，用平板聚酰胺反渗透膜错流过滤木质素溶液1个小时，然后用纯水在无压力、膜面流速为1m/s的条件下冲洗膜面残余木质素溶液4次得到改性后的反渗透膜。经测试膜通量提高12％，无机盐氯化钠的截留率为98.8％。
实施例4
用实施例1得到的卷式1812改性聚酰胺反渗透膜对1000mg/L的牛血清蛋白水溶液进行处理。操作条件为1.6MPa、膜面流速为1m/s，温度为30摄氏度。操作模式为循环模式，运行240分钟，改性后的膜通量下降15％，未改性的膜通量下降20％。实验后纯水冲洗30分钟后改性后的膜通量恢复到92％，未改性的膜通量恢复到86％，膜的抗污染性能得到一定提升。
实施例5
用实施例2得到的卷式1812改性聚酰胺反渗透膜对造纸废水反渗透浓水进行处理。废水COD为165mg/L，硬度为1504mg/L，电导率为4666μS/cm，pH为7.8。在操作压力为1.6MPa、膜面流量为786L/h、温度30摄氏度、料液为18L的条件下对废水进行浓缩处理。在水回收率为78％的条件下，改性后的膜用时80分钟，原膜用时115分钟，改性后的膜的产水率大大提升。达到78％的回收率，改性后的膜通量下降34.1％，原膜通量下降49.8％，纯水冲洗1小时后改性后膜通量完全恢复，原膜通量恢复率为94％，膜的抗污染性能得到一定提升。
实施例6
用实施例3得到的平板改性聚酰胺反渗透膜对模拟染料废水进行处理。模拟废水染料为活性红3BL，浓度为1.5g/L。膜面积为0.015m2，操作压力为1.6MPa、膜面流速为786L/h、温度为30摄氏度、料液体积为10L的条件下对废水进行浓缩处理。在水回收率为75％的条件下，改性后的膜用时645分钟，原膜用时850分钟，改性后的膜的产水率大大提升。达到75％的回收率，改性后的膜通量下降52.6％，原膜通量下降72.5％。纯水冲洗3小时后改性后膜通量恢复90％，原膜通量恢复率为80.6％，膜的抗污染性能得到一定提升。

Claims (8)

1.一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法，其具体步骤如下：
(1)配制木质素溶液；
(2)在一定压力、流速、温度条件下，用聚酰胺反渗透膜过滤配制好的木质素溶液；
(3)排出装置中木质素溶液，用纯水在无压力高流速条件下对膜装置进行冲洗后得到改性后的反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的木质素为碱性木质素或木质素磺酸盐。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)配制的木质素溶液的浓度范围为0.25–2g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的过滤过程为错流过滤方式。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的过滤过程的压力为0.6–2.0MPa；流速为0.5–3.0m/s；温度为25-45℃；过滤时间为1-5小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚酰胺反渗透膜为平板膜或卷式膜。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纯水在无压力高流速条件下对膜装置进行冲洗的膜面流速为1-4m/s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用纯水在无压力高流速条件下对膜装置进行冲洗次数为2-4次。
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