CN108043228A - 一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用作水处理的具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜及其制备方法。所述的反渗透膜，其由多段不同过滤性能的分区横向依次相连而成。而多段不同过滤性能的分区可以由多段不同过滤性能的聚酰胺分离层在反渗透膜的基膜上横向依次相连而成。与现有技术相比，本发明首次制备了具有不同过滤性能分区的反渗透膜片，并且可以根据使用条件任意调节不同过滤性能分区以及长度。将这一RO膜片应用于净水机RO膜组件，在保持RO膜组件脱盐率的同时提高纯水回收率，对于RO净水机的节水，以及进一步拓展市场份额，具有重大意义。

Description

一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理的膜分离技术，具体涉及一种具有多种过滤性能分区的反渗透膜及其制备方法。

背景技术

反渗透（RO）膜技术在海水淡化、苦咸水淡化、纯水与超纯水的制备、工业用水处理、废水处理及回用等领域获得了越来越广泛的应用，并且带来了显著的经济和社会效益。尤其是RO膜在家用净水机中的应用，消除了饮用水污染的隐患，保护了广大人民群众的生命健康,越来越受市场的欢迎。随着净水机行业的快速发展，用户和政府的政策都对RO净水机节水提出了更高的要求。净水机厂家一方面需要提高净水机的RO膜处理水的回收率，减少排水；另一方面，还要面对广大用户对RO膜脱盐率的高要求。面对这一挑战，目前许多厂家通过改变净水机的运行条件，或者是改变RO膜组件的流道来强行提高RO膜处理水的回收率，达到节水的目的，但是同时只能部分牺牲RO膜的脱盐率。即RO膜处理水的回收率与脱盐率具有负相关性，如何在制备RO膜的时候平衡这两个参数对于解决以上的困境具有重大意义。在RO膜组件内部，沿着原水流动方向，随着水流不断的透过RO膜，水流中盐浓度连续提高，在水的回收率达到80%时，水的盐浓度达到原水初始浓度的5倍，这时候RO膜的盐透过率也几乎提高了相应的倍数，就造成RO膜总的脱盐率降低。即RO膜组件后部的脱盐率总是低于前部的脱盐率，这种情况不是由于RO膜本身造成的，而是由于原水不断被浓缩造成的。目前在提高回收率的同时，并保证脱盐率，许多专利公开的技术都是改变净水机的运行模式和改变RO膜组件流道，即强行提高净水机的回收率，对于保持脱盐率却没有作用。虽然采用高脱盐率的RO膜，可以解决上述问题，但是高脱盐率的RO膜一般都要求较高的压力才能获得较好的纯水通量，这样要么提高RO泵压力，保持较理想的纯水产量；要么在同样压力下获得较小的纯水产量，延长产水时间。两者都会增加净水机能耗。

因此，针对净水机用RO膜组件的应用特点设计和制造出一种更合适的RO膜，在提高膜组件的回收率的同时，最大程度的保持脱盐率，降低能耗，对于RO净水机节水减排以及RO膜的进一步推广，具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决业界在提高RO膜处理水的回收率的同时，却要部分牺牲RO膜的脱盐率的技术问题，提出一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜及其制备方法，且所得反渗透膜在高回收率的情况下可以保持高脱盐率，效果显著持久、使用寿命长。

本发明提出的一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜，其由多段不同过滤性能的分区横向依次相连而成。所述的多段不同过滤性能的分区可以由多段不同过滤性能的聚酰胺分离层在反渗透膜的基膜上横向依次相连而成。

本发明还提出了一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜的制备方法，步骤如下：

步骤1：整理基膜

将纯水清洗好的基膜展开并固定于平整的台面上，再去除所述基膜表面多余的水分；

步骤2：涂覆水相溶液

将不同配方的水相溶液先横向分开设置，并沿所述基膜的纵向涂覆，即在基膜表面横向

依次形成多段不同过滤性能的水相溶液的分区；让所述水相溶液在基膜表面静置15-600s后，去除多余的水相溶液；

步骤3：涂覆油相溶液

将不同配方的油相溶液先横向分开设置，并对应所述基膜上的多段不同过滤性能的水相溶液的分区，再次进行纵向涂覆，使所述的油相溶液与水相溶液在基膜表面发生界面聚合反应，生成聚酰胺分离层；让所述的油相溶液在基膜表面静置5-300s后，去除多余的油相溶液而获得膜片；

步骤4：热处理、清洗

将所述的膜片放入20-140℃的烘箱中烘烤5-600s后取出，再将膜片浸入纯水中清洗干净后，即可获得所述的反渗透膜。

本发明的反渗透膜设置了具有多段不同过滤性能的过滤分区，每个过滤分区具有不同的脱盐率。沿着原水流动方向，过滤分区的脱盐率逐步提高，这样过滤时原水盐浓度本应在不断增加的情况下，由于反渗透膜可以继续保持较高的脱盐率，从而保证整只膜组件既有较高的水的回收率又有较高的脱盐率。而且根据反渗透膜使用情况的不同，可以调整过滤分区的数量和每个过滤分区所占膜片宽度的比列，以获得最好的效果。

与现有技术相比，本发明首次制备了具有不同过滤性能分区的反渗透（RO）膜片，并且可以根据使用条件任意调节不同过滤性能分区以及长度。将这一RO膜片应用于净水机RO膜组件，在保持RO膜组件脱盐率的同时提高纯水回收率，对于RO净水机的节水，以及进一步拓展市场份额，具有重大意义。

附图说明

图1是本发明的RO膜片较佳实施例的示意图；

图2是喷淋设施的示意图；

图3 是本发明RO膜片制作成RO膜组件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提出的RO膜片较佳实施例的结构示意图。所述的一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜，其由多段不同过滤性能的分区：分区1、分区2、…分区N横向依次相连而成。本实施例中，多段不同过滤性能的分区由多段不同过滤性能的聚酰胺分离层在反渗透膜的基膜上横向依次相连而成。聚酰胺分离层由水相溶液和油相溶液反应而成。水相溶液为芳香族多官能团胺水相溶液，优选为间苯二胺水相溶液。油相溶液为芳香族多官能团酰基卤化物油相溶液。可以采用正己烷、环己烷、三氟三氯乙烷、正庚烷、正辛烷、正奎烷、甲苯、乙苯和ISOPAR溶剂油中的至少一种作为油相溶液，优选可以为均苯三甲酰氯。

如图1~图3所示，本发明提出的一种反渗透膜的制备方法，步骤有：

步骤1：整理基膜

将纯水清洗好的基膜展开并固定于平整的台面/玻璃平面上，去除基膜表面多余的水分。可以采用具有光滑表面的塑料/橡胶/金属辊在基膜表面滚动以除去多余的水分、也可以采用清洁空气吹去多余的水分、还可以采用光滑的塑料/橡胶/金属刮刀刮去多余的水分。

步骤2：涂覆水相溶液

如图2所示，采用喷淋设施将装有不同配方的芳香族多官能团胺水相溶液：料液桶1、2、…N，横向分开设置，并沿所述基膜的纵向均匀涂覆，即在基膜表面横向依次形成多段不同过滤性能的水相溶液的分区：分区1、分区2、…分区N。涂覆时，可以固定基膜，匀速移动喷淋设施；也可以固定喷淋设施，匀速移动基膜。每一种配方的芳香族多官能团胺水溶液通过管道与料液桶相连，由压力或者泵来输送水箱溶液。让芳香族多官能团胺水相溶液在基膜表面静置15-600s后，去除基膜表面多余的芳香族多官能团胺水相溶液。可以采用具有光滑表面的塑料/橡胶/金属辊在基膜表面滚动以去除多余的水溶液；也可以采用清洁空气吹去多余的水溶液；也可以采用光滑的塑料/橡胶/金属刮刀刮去多余的水溶液。

步骤3：涂覆油相溶液

采用喷淋设施（如图2所示）将不同配方的芳香族多官能团酰基卤化物油相溶液先横向分开设置，并对应基膜上的多段水相溶液的过滤分区：分区1、分区2、…分区N，再次进行纵向均匀涂覆，使油相溶液与水相溶液在基膜表面发生界面聚合反应，生成超薄的聚酰胺分离层。涂覆时，可以固定基膜，匀速移动喷淋设施；也可以固定喷淋设施，匀速移动基膜。每一种配方的油相溶液通过管道与料液桶相连，由压力或者泵来输送溶液。让油相溶液在基膜表面静置5-300s后，去除基膜表面多余的油相溶液而获得膜片。去除多余的油相溶液时，可以将平台倾斜或者竖直，将多余油相溶液流出；也可以采用清洁空气/氮气吹去多余的油相溶液。

步骤4：热处理、清洗

将所述的膜片放入20-140℃的烘箱中烘烤5-600s后取出，再将膜片浸入纯水中清洗干净后，即可获得所述的反渗透膜。

为了获得干燥的反渗透膜，还可以将清洗干净的反渗透膜再进行后处理和干燥，以便储运。

将制备好的RO膜片卷制为标准1812型75加仑/天的RO膜组件，有效膜面积0.45平米。RO膜组件采用的测试条件为：浓度为500ppm的氯化钠水溶液，操作压力为1.0MPa，操作温度为25℃，回收率为80%，运行2h后测试。

实施例1

使用截留分子量为3-5万聚砜超滤膜作为基膜，制备具有两种过滤性能分区的RO膜片，配方和工艺参数如表1所示：

表1 实施例1不同分区的配方和工艺参数

制备步骤如下：

将纯水清洗好的聚砜超滤膜在玻璃板上展平并固定；

采用光滑橡胶辊在基膜表面滚动去除多余水分；

采用喷淋设施（如图2所示，N=2）将两种配方（见表1）的间苯二胺水溶液均匀涂覆在基膜表面。料液桶中的水溶液由计量泵输入喷淋设施中，匀速移动喷淋设施，将水溶液均匀涂敷在基膜表面；

间苯二胺水溶液在基膜表面静置120s，然后采用光滑橡胶辊在膜表面滚动去除多余的间苯二胺水溶液；

采用喷淋设施（如图2所示，N=2）将两种配方的均苯三甲酰氯油相溶液均匀涂覆在膜表面，基膜表面快速发生界面聚合反应，获得超薄聚酰胺分离层。料液桶中的油相溶液由计量泵输入喷淋设施中，匀速移动喷淋设施，将水溶液均匀涂敷在基膜表面；

让油相溶液在膜表面静置60s后，采用氮气吹扫去除多余的油相溶液，获得膜片；

将所得的膜片，在50℃的烘箱中烘干6min进行热处理，将膜片浸入纯水中清洗干净，既获得RO膜片，取样测试膜片性能。

为了获得RO干膜，可以将清洗干净的膜片再进行后处理和干燥，以便储运。

将RO干膜卷制为标准1812型75加仑/天RO膜组件，用于膜组件性能测试。卷制时注意膜片方向（如图3所示），必须保证原水按照1#分区-2#分区的顺序流过膜组件。

在提供对比例1：

对比例1其制备步骤除了只有一个分区，该分区配方与实施例1的1#分区相同外，其它均与实施例1相同，且膜片和膜组件的测试，也均与实施例1采用相同的条件。测试结果见表2、表3。

对比例2：

对比例1其制备步骤除了只有一个分区，该分区配方与实施例1的2#分区相同外，其它均与实施例1相同，且膜片和膜组件的测试，也均与实施例1采用相同的条件。测试结果见表2、表3。

表2 实施例1和对比例1、2膜片测试结果

表3 实施例1和对比例1、2膜组件测试结果

从表2和表3的测试结果可以看出，本发明制备的RO膜在获得高回收率的同时，可以维持高的脱盐率。

以下所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有多种不同过滤性能分区的反渗透膜，其特征在于，所述的反渗透膜由多段不同过滤性能的分区横向依次相连而成。

2.如权利要求1所述的反渗透膜，其特征在于，所述的多段不同过滤性能的分区由多段不同过滤性能的聚酰胺分离层在反渗透膜的基膜上横向依次相连而成。

3.如权利要求2所述的反渗透膜，其特征在于，所述的聚酰胺分离层由水相溶液和油相溶液反应而成。

4.如权利要求2所述的反渗透膜，其特征在于，所述的水相溶液为芳香族多官能团胺水相溶液。

5.如权利要求2所述的反渗透膜，其特征在于，所述的油相溶液为芳香族多官能团酰基卤化物油相溶液。

6.一种如权利要求1所述的反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：整理基膜

将纯水清洗好的基膜展开并固定于平整的台面上，再去除所述基膜表面多余的水分；

步骤2：涂覆水相溶液

将不同配方的水相溶液先横向分开设置，并沿所述基膜的纵向涂覆，即在基膜表面横向

依次形成多段不同过滤性能的水相溶液的分区；让所述水相溶液在基膜表面静置15-600s后，去除多余的水相溶液；

步骤3：涂覆油相溶液

将不同配方的油相溶液先横向分开设置，并对应所述基膜上的多段不同过滤性能的水相溶液的分区，再次进行纵向涂覆，使所述的油相溶液与水相溶液在基膜表面发生界面聚合反应，生成聚酰胺分离层；让所述的油相溶液在基膜表面静置5-300s后，去除多余的油相溶液而获得膜片；

步骤4：热处理、清洗

将所述的膜片放入20-140℃的烘箱中烘烤5-600s后取出，再将膜片浸入纯水中清洗干净后，即可获得所述的反渗透膜。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将所述清洗干净的反渗透膜再进行后处理和干燥，获得干燥的反渗透膜。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，去除所述基膜表面多余的水分，或步骤2中，去除多余的水相溶液，均为采用具有光滑表面的塑料/橡胶/金属辊、刮刀去除多余的水分或水相溶液；或者，采用清洁空气吹去多余的水分或水相溶液。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述的去除多余的油相溶液为将支撑所述基膜的台面倾斜或者竖直，将多余油相溶液流出；或者，采用清洁空气/氮气吹去多余的油相溶液。