CN108889128A - 一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法 - Google Patents

一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，涉及反渗透膜的制备方法，利用聚砜基表面通过间苯二胺水相溶液、均苯三甲酰氯油相溶液聚合形成初态反渗透膜，进一步通过热处理、PVA交联溶液中交联和漂洗等过程得到聚酰胺复合反渗透膜，为了便于保存将聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠溶液。本发明工艺简单，易于工业化生产；通过本发明制备的聚酰胺复合反渗透膜具有高通量、高脱盐率、机械性能好等优点，且应用范围广，适用于家用净水、工业污水及海水淡化等领域。

Description

一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种反渗透膜的制备方法，具体涉及一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，适用于家用净水、工业污水及海水淡化等领域。
背景技术
反渗透膜能截留所有离子、体粒子、有机物、细菌，仅允许水通过，是膜分离技术中一个重要的组成部分。反渗透膜产水量高，绿色环保，成本低，己成为海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水制备中最经济手段。随着反渗透膜性能的提升及膜组件的工业化，反渗透技术的应用范围逐渐扩大，由最初的海水淡化发展到如今化工、食品、环保、医疗、电子、冶金等领域。由于反渗透技术的迅猛发展与广泛使用，未来反渗透技术将发展成为解决淡水资源匮乏的主要手段。
随着反渗透技术的飞速发展与国家的大力支持，我国在反渗透膜技术领域取得了重大突破，在常规反渗透膜复合材料、膜组件制作、反渗透复合膜的应用等方面均取得了较好的成就。目前国内各厂家生产的各类反渗透膜打破国际品牌的垄断，膜组件在国内市场的销售额大幅增大，其产品质量已达到国际先进水平。但从整个反渗透领域来看，我国与国际先进水平仍存在着较大的差距，尤其在关键功能材料和高性能反渗透复合膜等研究方面。反渗透复合膜在我国的发展起步较晚，2008年我国大陆膜市值约60亿元，其中国产反渗透膜市场占有率仅为10%。
关于聚酰胺复合反渗透膜的制备，基于聚砜（PSF）基膜，在聚砜（PSF）基膜表面通过两种具有一定反应活性的单体（通常为间苯二氨与均苯三甲酰氯）分别溶于两种互不相溶的水相和有机油相中，两种单体在两相的界面处接触，发生的缩聚反应并形成一层超薄的聚酰胺复合层。虽然目前实验室关于高性能聚酰胺复合反渗透膜方面的制备研究已经取得了一定的成效，但是仍然存在着诸如工艺很难适用于工业生产与生产成本很高等一些弊端。如何优化复合反渗透膜的工业化制备工艺，完成界面聚合聚酰胺复合层的结构调控，实现膜的高通量高分离效率仍旧是一大技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，解决现有技术中复合反渗透膜难以工业化制备、生产成本高等问题。
本发明的另一目的在于提供一种聚酰胺复合反渗透膜，该反渗透膜具有高通量、高脱盐率、机械性能好等优点。
为实现上述目的，本发明公开了一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚砜基膜浸没在间苯二胺水相溶液；
（2）用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
（3）将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在均苯三甲酰氯油相溶液中进行界面聚合反应，形成初态反渗透膜；
（4）将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理得到反渗透膜；
（5）将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层；
（6）将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜用漂洗液漂洗后得到聚酰胺复合反渗透膜。
进一步地，步骤（1）中所述间苯二胺水相溶液由0.5-3wt%的三乙胺、1-5wt%的樟脑磺酸和/或0.1-0.5wt%的十二烷基磺酸钠中任意一种或多种与1-3wt%的间苯二胺组成。
进一步地，所述步骤（1）中控制溶液温度为20-40℃，浸没时间为30s-180s。
进一步地，步骤（3）中所述均苯三甲酰氯油相溶液包括异构类烷烃溶剂油。
根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中均苯三甲酰氯油相溶液温度为20-40℃，反应时间为30s-120s。
进一步地，步骤（4）中所述热处理温度为30-100℃，时间为2-30 min。
进一步地，步骤（5）中所述PVA交联溶液包括1-10wt%的PVA-1000和0.5-5wt%的戊二醛。
进一步地，步骤（6）中所述漂洗液为0.1-1wt%的十二烷基硫酸钠溶液。
进一步地，步骤（6）中所述聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠溶液后保存。
此外，本发明还公开了一种采用上述方法制备的聚酰胺复合反渗透膜，在压强小于1.55MPa下，纯水通量≥42L/m2h，过滤2000ppmNaCl水溶液，脱盐率≥99.7%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明制备工艺简单，易于工业化制备；
（2）本发明制备过程中的各参数调控方便，制备成本相对较低；
（3）通过本发明的方法制备得到的聚酰胺复合反渗透膜在压强小于1.55MPa下，纯水通量≥42L/m2h，过滤2000ppmNaCl水溶液，脱盐率≥99.7%，具有通量高、高脱盐率的特点；
（4）本发明制备得到的聚酰胺复合反渗透膜机械性能好、亲水性好、耐污染；
（5）本发明制备得到的聚酰胺复合反渗透膜应用范围广，适用于家用净水、工业污水及海水淡化等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法：
（1）将聚砜基膜浸没在30℃的间苯二胺水相溶液120s，所述间苯二胺水相溶液为由1.8wt%间苯二胺（MPD）、0.5 wt%的三乙胺（TEA）和1wt%的樟脑磺酸（CSA），0.1wt%的十二烷基磺酸钠（SDBS）组成的水相溶液；
（2）用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
（3）将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在30℃的0.15wt%的均苯三甲酰氯油相溶液中进行界面聚合反应，停留60s，形成初态反渗透膜；
（4）将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理10min得到反渗透膜，控制热处理温度为60℃；
（5）将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层，所述PVA交联溶液为5 wt%的PVA-1000和1 wt%的戊二醛组成的交联溶液；
（6）将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜置入0.1 wt%的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中进行漂洗得到聚酰胺复合反渗透膜；
（7）将聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液后保存。
实施例2
一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法：
（1）将聚砜基膜浸没在40℃的间苯二胺水相溶液180s，所述间苯二胺水相溶液为由1.5wt%间苯二胺（MPD）、3wt%的樟脑磺酸（CSA），0.2wt%的十二烷基磺酸钠（SDBS）组成的水相溶液；
（2）用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
（3）将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在40℃的0.1wt%的均苯三甲酰氯(TMC)油相溶液中进行界面聚合反应，停留90s，形成初态反渗透膜；
（4）将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理5min得到反渗透膜，控制热处理温度为80℃；
（5）将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层，所述PVA交联溶液为3wt%的PVA-1000和0.5wt%的戊二醛组成的交联溶液；
（6）将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜置入0.5wt%的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中进行漂洗得到聚酰胺复合反渗透膜；
（7）将聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液后保存。
实施例3
一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法：
（1）将聚砜基膜浸没在20℃的间苯二胺水相溶液100s，所述间苯二胺水相溶液为由2wt%间苯二胺（MPD）和0.5wt%的十二烷基磺酸钠（SDBS）组成的水相溶液；
（2）用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
（3）将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在20℃的0.2wt%的均苯三甲酰氯(TMC)油相溶液中进行界面聚合反应，停留30s，形成初态反渗透膜；
（4）将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理30min得到反渗透膜，控制热处理温度为30℃；
（5）将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层，所述PVA交联溶液为1wt%的PVA-1000和5wt%的戊二醛组成的交联溶液；
（6）将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜置入1 wt%的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中进行漂洗得到聚酰胺复合反渗透膜；
（7）将聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液后保存。
实施例4
一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法：
（1）将聚砜基膜浸没在40℃的间苯二胺水相溶液30s，所述间苯二胺水相溶液为由3wt%间苯二胺（MPD）和5wt%的樟脑磺酸（CSA）的水相溶液；
（2）用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
（3）将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在25℃的0.2wt%的均苯三甲酰氯(TMC)油相溶液中进行界面聚合反应，停留110s，形成初态反渗透膜；
（4）将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理2min得到反渗透膜，控制热处理温度为100℃；
（5）将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层，所述PVA交联溶液为10wt%的PVA-1000和0.5wt%的戊二醛组成的交联溶液；
（6）将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜置入0.6wt%的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中进行漂洗得到聚酰胺复合反渗透膜；
（7）将聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液后保存。
实施例5
将实施例1-4得到的聚酰胺复合反渗透膜、市场上现有的聚酰胺复合反渗透膜分别在纯水中浸泡24h后，在水温为25℃，pH为6.5-7.5，压力为1.55MPa的条件下，测试聚酰胺复合反渗透膜的纯水通量与2000ppmNaCl水溶液的截留率，测试结果如表1所示。
表1 聚酰胺复合反渗透膜的纯水通量与2000ppmNaCl水溶液的截留率
水通量（L/m2h） 脱盐率(%)
实施例1 43.25 99.7
实施例2 42.12 99.77
实施例3 43.78 99.74
实施例4 44.29 99.72
现有的聚酰胺复合反渗透膜1 40.8 99.3
现有的聚酰胺复合反渗透膜2 39.7 99.5
从表1知，与现有的聚酰胺复合反渗透膜相比，经过本发明的方法制备得到的聚酰胺复合反渗透膜纯水通量更高，脱盐率更高。
综上所述仅为本发明的部分实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚砜基膜浸没在间苯二胺水相溶液；
用PVA吸水辊除去经过步骤（1）处理的聚砜基膜表面的水相溶液；
将去除表面水溶液后的聚砜基膜浸没在均苯三甲酰氯油相溶液中进行界面聚合反应，形成初态反渗透膜；
将初态反渗透膜置于烘箱中进行热处理得到反渗透膜；
将步骤（4）中得到的反渗透膜浸泡入PVA交联溶液中，直至反渗透膜表面交联一层亲水抗污染的PVA交联层；
将经过步骤（5）处理得到的反渗透膜用漂洗液漂洗后得到聚酰胺复合反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述间苯二胺水相溶液由0.5-3wt%的三乙胺、1-5wt%的樟脑磺酸和/或0.1-0.5wt%的十二烷基磺酸钠中任意一种或多种与1-3wt%的间苯二胺组成。
3.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中控制溶液温度为20-40℃，浸没时间为30s-180s。
4.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述均苯三甲酰氯油相溶液包括异构类烷烃溶剂油。
5.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中均苯三甲酰氯油相溶液温度为20-40℃，反应时间为30s-120s。
6.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述热处理温度为30-100℃，时间为2-30 min。
7.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述PVA交联溶液包括1-10wt%的PVA-1000和0.5-5wt%的戊二醛。
8.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述漂洗液为0.1-1wt%的十二烷基硫酸钠溶液。
9.根据权利要求1所述的一种聚酰胺复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述聚酰胺复合反渗透膜浸泡在2wt%亚硫酸氢钠溶液后保存。
10.根据权利要求1-9任一项制备的聚酰胺复合反渗透膜，其特征在于，压强小于1.55MPa下，纯水通量≥42L/m2h，过滤2000ppmNaCl水溶液，脱盐率≥99.7%。
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