CN107715701B - 一种高通量抗污染可反洗的超滤膜及其制备方法 - Google Patents

一种高通量抗污染可反洗的超滤膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通量、抗污染、可反洗的超滤膜及其制备方法，所述超滤膜结合了平板超滤膜和中空超滤膜各自的优点，与中空超滤膜相比，该新型高通量、抗污染、可反洗的超滤膜使得膜强度得到了大幅提高；与平板超滤膜相比，该新型高通量、抗污染、可反洗的超滤膜使得膜具备了良好的反洗、冲洗、化学清洗特性，有利于降低膜的制造成本。另外，本发明所提供的新型超滤膜在制备过程中添加了两亲性嵌段共聚物，优选为聚乙烯‑b‑聚乙二醇，其数均分子量为500‑2500 Da；或聚苯乙烯‑b‑聚乙二醇，其数均分子量为21000‑31000 Da，使得膜的通量大大提高，在截留分子量为20 kDa时，膜通量可达到300 L m‑2h‑1bar‑1，同时该新型膜还具有优异的抗污染性、自清洁和自修复的功能。

Description

一种高通量抗污染可反洗的超滤膜及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，尤其是涉及一种高通量抗污染可反洗的超滤膜及其制备方法。
背景技术
平板超滤膜是一种传统的超滤膜，膜片呈薄片状。实际运用时，膜片和膜板构成密封的隔离室。原液在一定压力下选择性透过膜片，成为透过液进入另一侧隔离室。平板超滤膜的缺点包括：容易发生浓差极化、拆卸困难、清洗频繁。
中空纤维超滤膜是一种常用的超滤膜，单根膜丝呈中空长条状，分外压式与内压式两种。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，透过液在压力作用下穿透膜层，截留物被膜层阻隔留在原液中。中空纤维超滤膜的缺点包括：需要严格的预过滤、清洗困难、投资和维护成本高；膜内流动阻力大，压力损失大，不宜处理黏稠液体。
发明内容
本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种高通量抗污染可反洗的超滤膜。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种高通量抗污染可反洗的超滤膜，所述超滤膜包括支撑层、设置在支撑层内部的流道以及设置在支撑层两侧面的皮层；所述流道相互之间平行且均匀分布在支撑层内，所述皮层为复合至支撑层上的超薄选择层；所述流道用于在其通道内流通透过液，所述皮层用于选择性地不透过原液中大于膜孔的颗粒和分子团但可以透过水及其溶解物，所述支撑层用于为流道提供支撑；所述皮层的孔径小于支撑层的孔径。
为了取得进一步的技术效果，本发明还可以采用以下进一步的技术方案：
优选地，所述支撑层制备时内部形成细长圆柱状中空结构，该细长圆柱状中空结构即为流道。
优选地，所述支撑层的孔径范围为0.1~10 μm。
优选地，所述支撑层的材料选择为聚酯。
优选地，所述皮层的孔径范围为0.001 ~0.1 μm。
优选地，所述皮层的材料选择为聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。
优选地，所述皮层的材料在铸膜液中的含量为15~25 wt%并通过相转化法形成，并使得形成后的皮层的孔径范围为0.001 ~0.1 μm。
优选地，所述铸膜液中添加两亲性嵌段共聚物，且其在铸膜液中的含量为0.5~2.5wt%。
优选地，所述两亲性嵌段共聚物为聚乙烯-b-聚乙二醇或聚苯乙烯-b-聚乙二醇。
本发明的另外一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的制备方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的制备方法，所述制备方法的步骤为：将聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯、适当分子量的两亲性嵌段共聚物和复合稀释剂共混配置成铸膜液，且铸膜液中聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯的含量为15~25 wt%，两亲性嵌段共聚物的含量为0.5~2.5 wt%；将铸膜液涂覆在支撑层上，随后浸没于常温水浴中沉淀，通过相转化法形成高通量抗污染可反洗的超滤膜；所述两亲性嵌段共聚物为聚乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为500-2500 Da；或聚苯乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为21000-31000 Da。
本发明提供一种高通量、抗污染、可反洗的超滤膜及其制备方法，所述超滤膜结合了平板超滤膜和中空超滤膜各自的优点，与中空超滤膜相比，该新型高通量、抗污染、可反洗的超滤膜使得膜强度得到了大幅提高；与平板超滤膜相比，该新型高通量、抗污染、可反洗的超滤膜使得膜具备了良好的反洗、冲洗、化学清洗特性，有利于降低膜的制造成本。另外，本发明所提供的新型超滤膜在制备过程中添加了两亲性嵌段共聚物，优选为聚乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为500-2500 Da；或聚苯乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为21000-31000 Da，使得膜的通量大大提高，在截留分子量为20 kDa时，膜通量可达到300 L m-2h- 1bar-1，同时该新型膜还具有优异的抗污染性、自清洁和自修复的功能。
附图说明
图1为本发明所提供的一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的结构示意图。
图2为本发明所提供的高通量抗污染可反洗的超滤膜的工作示意图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明做进一步详细地描述。
实施例1
参照图1，图1为本发明所提供的一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的结构示意图。高通量抗污染可反洗的超滤膜包括支撑层1.2、设置在支撑层1.2内部的流道1.1以及设置在支撑层1.2两侧面的皮层1.3；流道1.1相互之间平行且均匀分布在支撑层1.2内，皮层1.3为复合至支撑层1.2上的超薄选择层；流道1.1用于在其通道内流通透过液，皮层1.3用于选择性地不透过原液中大于膜孔的颗粒和分子团但可以透过水及其溶解物，支撑层1.2用于为流道提供支撑；皮层1.3的孔径小于支撑层1.2的孔径。支撑层的孔径约为0.1 μm；支撑层的材料选择为聚酯。皮层的孔径约为0.001 μm；皮层的材料选择为聚砜。
支撑层1.2制备时内部形成细长圆柱状中空结构，该细长圆柱状中空结构即为流道1.1。
皮层的材料在铸膜液中的含量为25 wt%并通过相转化法形成，并使得形成后的皮层的孔径约为0.001 μm。铸膜液中添加两亲性嵌段共聚物2.5 wt%，数均分子量为25000 Da的聚苯乙烯-b-聚乙二醇。
参照图2，图2为本发明所提供的高通量抗污染可反洗的超滤膜的工作示意图。附图标记2为原液，附图标记3为透过液，本发明所提供的新型超滤膜在工作时，允许原液中的水从皮层1.3中透过并进入流道1.1中，并由流道1.1输送出去，与此同时，原液中的除水之外的成分不能通过皮层1.3而被截留。
结果显示所制备的超滤膜的通量大大提高，在截留分子量为5 kDa时，膜通量可达到100 L m-2h-1bar-1，同时该新型超滤膜还具有优异的抗污染性和可反洗的功能。
实施例2
参照图1，图1为本发明所提供的一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的结构示意图。高通量抗污染可反洗的超滤膜包括支撑层1.2、设置在支撑层1.2内部的流道1.1以及设置在支撑层1.2两侧面的皮层1.3；流道1.1相互之间平行且均匀分布在支撑层1.2内，皮层1.3为复合至支撑层1.2上的超薄选择层；流道1.1用于在其通道内流通透过液，皮层1.3用于选择性地不透过原液中大于膜孔的颗粒和分子团但可以透过水及其溶解物，支撑层1.2用于为流道提供支撑；皮层1.3的孔径小于支撑层1.2的孔径。支撑层的孔径约为10 μm；支撑层的材料选择为聚酯。皮层的孔径约为0.1 μm；皮层的材料选择为聚丙烯腈。
支撑层1.2制备时内部形成细长圆柱状中空结构，该细长圆柱状中空结构即为流道1.1。
皮层的材料在铸膜液中的含量为15 wt%并通过相转化法形成，并使得形成后的皮层的孔径约为0.1 μm。铸膜液中添加两亲性嵌段共聚物1.5 wt%，数均分子量为1400 Da的聚乙烯-b-聚乙二醇。
参照图2，图2为本发明所提供的高通量抗污染可反洗的超滤膜的工作示意图。附图标记2为原液，附图标记3为透过液，本发明所提供的新型超滤膜在工作时，允许原液中的水从皮层1.3中透过并进入流道1.1中，并由流道1.1输送出去，与此同时，原液中的除水之外的成分不能通过皮层1.3而被截留。
结果显示所制备的超滤膜的通量大大提高，在截留分子量为75 kDa时，膜通量可达到400 L m-2h-1bar-1，同时该新型超滤膜还具有优异的抗污染性和可反洗的功能。
实施例3
参照图1，图1为本发明所提供的一种高通量抗污染可反洗的超滤膜的结构示意图。高通量抗污染可反洗的超滤膜包括支撑层1.2、设置在支撑层1.2内部的流道1.1以及设置在支撑层1.2两侧面的皮层1.3；流道1.1相互之间平行且均匀分布在支撑层1.2内，皮层1.3为复合至支撑层1.2上的超薄选择层；流道1.1用于在其通道内流通透过液，皮层1.3用于选择性地不透过原液中大于膜孔的颗粒和分子团但可以透过水及其溶解物，支撑层1.2用于为流道提供支撑；皮层1.3的孔径小于支撑层1.2的孔径。支撑层的孔径约为1 μm；支撑层的材料选择为聚酯。皮层的孔径约为0.01 μm；皮层的材料选择为聚砜。
支撑层1.2制备时内部形成细长圆柱状中空结构，该细长圆柱状中空结构即为流道1.1。
皮层的材料在铸膜液中的含量为20 wt%并通过相转化法形成，并使得形成后的皮层的孔径约为0.1 μm。铸膜液中添加两亲性嵌段共聚物2.0 wt%，数均分子量为25000 Da的聚苯乙烯-b-聚乙二醇。
参照图2，图2为本发明所提供的高通量抗污染可反洗的超滤膜的工作示意图。附图标记2为原液，附图标记3为透过液，本发明所提供的新型超滤膜在工作时，允许原液中的水从皮层1.3中透过并进入流道1.1中，并由流道1.1输送出去，与此同时，原液中的除水之外的成分不能通过皮层1.3而被截留。
结果显示所制备的超滤膜的通量大大提高，在截留分子量为20 kDa时，膜通量可达到300 L m-2h-1bar-1，同时该新型超滤膜还具有优异的抗污染性和可反洗的功能。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高通量抗污染可反洗的超滤膜，其特征在于，所述超滤膜包括支撑层、设置在支撑层内部的流道以及设置在支撑层两侧面的皮层；所述流道相互之间平行且均匀分布在支撑层内，所述皮层为复合至支撑层上的超薄选择层；所述流道用于在其通道内流通透过液，所述皮层用于选择性地不透过原液中大于膜孔的颗粒和分子团但可以透过水及其溶解物，所述支撑层用于为流道提供支撑；所述皮层的孔径小于支撑层的孔径；
所述支撑层的孔径范围为0.1~10 μm；
所述支撑层的材料选择为聚酯；
所述皮层的孔径范围为0.001 ~0.1 μm；
所述皮层的材料选择为聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的高通量抗污染可反洗的超滤膜，其特征在于，所述支撑层制备时内部形成细长圆柱状中空结构，该细长圆柱状中空结构即为流道。
3. 根据权利要求1所述的高通量抗污染可反洗的超滤膜，其特征在于，所述皮层的材料在铸膜液中的含量为15~25 wt%并通过相转化法形成，并使得形成后的皮层的孔径范围为0.001 ~0.1 μm。
4. 根据权利要求3所述的高通量抗污染可反洗的超滤膜，其特征在于，所述铸膜液中添加两亲性嵌段共聚物，且其在铸膜液中的含量为0.5~2.5 wt%。
5. 根据权利要求4所述的高通量抗污染可反洗的超滤膜，其特征在于，所述两亲性嵌段共聚物为聚乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为500-2500 Da；或聚苯乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为21000-31000 Da。
6. 一种如权利要求1所述的高通量抗污染可反洗的超滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤为：将聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯、适当分子量的两亲性嵌段共聚物和复合稀释剂共混配置成铸膜液，且铸膜液中聚砜或聚醚砜或聚丙烯腈或聚偏氟乙烯的含量为15~25 wt%，两亲性嵌段共聚物的含量为0.5~2.5 wt%；将铸膜液涂覆在支撑层上，随后浸没于常温水浴中沉淀，通过相转化法形成高通量抗污染可反洗的超滤膜；所述两亲性嵌段共聚物为聚乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为500-2500 Da；或聚苯乙烯-b-聚乙二醇，其数均分子量为21000-31000 Da。
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