CN109289558A - 一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环境保护中的净水技术领域，具体涉及一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜及其制备方法，该方法是通过添加少量的纳米无机金属粒子，使制得的超滤膜的水通量及截留率在不变甚至提升的前提下改善膜的亲水性能，提升抗污染能力，延长使用寿命，所制备出的纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，按质量份数计，其组分及质量分数比为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为(6‑10):(1‑1.5)：(16‑20)。

Description

一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及环境保护中的净水技术领域，具体涉及一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜及其制备方法。
背景技术
目前市场上超滤膜产品多以高分子聚合物为原料，应用相转化法制备的中空纤维膜，平板膜等，其膜的性能主要通过改变致孔剂种类、含量、聚合物含量和控制制膜时的外部条件来调整，一般水通量在 20-200L/(h·m2)，但是膜的水通量和截留效果始终存在平衡限制，若想进一步提高超滤膜的某一性能，必须以牺牲另一性能为代价。
为了打破超滤膜水通量和截留率的平衡限制，需要对超滤膜进行改性，目前聚砜膜的改性方法有共聚改性、膜材料本体改性、表面改性、界面聚合改性，这些方法均能有效地提高膜的亲水性能、截留率和纯水通量，但共聚改性，本体改性步骤较多，工艺复杂，改性过程中存在很多不确定因素，不利于工业化的发展。而表面改性需要辐射或低温等离子体照射膜表面产生羟基自由基以达到接枝的目的，这种方法所用的设备昂贵，耗能大，成本较高，且产品性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，给出一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为(6-10):(1-1.5)：(16-20)。
进一步地，一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:18。
进一步地，一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为6:1:20。
进一步地，一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:16。
进一步地，所述的超滤膜是平板膜。
进一步地，所述的纳米氧化铝为α相纳米级氧化铝。
本发明的另一目的，通过如下及时方案实现：
一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
a、取聚砜树脂干燥；
b、将纳米氧化铝及聚乙二醇加入有机溶剂中，超声 60min-90min，经超声分散制得均匀混合溶液；
c、将干燥后的聚砜树脂加入超声后的均匀混合溶液中，密封水浴加热后制得铸膜液；
d、将铸膜液静置进行脱泡放置，然后在基板上进行刮膜；
f、刮膜后铸膜液在基板上停留挥发一段时间后，放入凝固浴中；
g、将刮得的膜放入到水中浸泡，以去除掉超滤膜中的有机溶剂，得到纳米氧化铝改性聚砜超滤膜。
所述聚乙二醇、纳米氧化铝、聚砜树脂质量份数分别为6-10份、1-1.5份、16-20份。
进一步地，所述有机溶剂包括N-N二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和丙酮中的一种以上。有机溶剂的添加量无特殊要求。
进一步地，所述有机溶剂为N-N二甲基乙酰胺。
进一步地，所述的纳米氧化铝为α相纳米级氧化铝。
进一步地，所述密封水浴加热是指在80℃的密封水浴加热条件下连续搅拌6h,所述挥发时间为10-30秒，所述浸泡时间为12-24h，所述凝固浴为去离子水。
对制得的膜进行纯水通量、截留率以及亲水性能等测试，本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)成膜工艺简单、成熟，很容易实现；
(2)纳米氧化铝(Al2O3)粉末的加入很好的改善了聚砜树脂的表面能，增强了改性聚砜超滤膜的亲水性，抗污染性提到提高；
(3)纳米氧化铝(Al2O3)粉末的加入，使得膜的出水通量得到大幅度的提高；
(4)纳米氧化铝(Al2O3)粉末的加入对膜的微观结构没有产生影响，保留了聚砜超滤膜原来优良的特性；
(5)纳米粉末加入量少，制备成本降低很少。
附图说明
图1为实施例1条件下制得的改性超滤膜；
图2为实施例1中制得的改性超滤膜扫描电镜正面图；
图3为实施例1中制得的改性超滤膜扫描电镜反面图；
图4为纳米氧化铝在膜表面分布的扫描电镜图；
图5为实施例2条件下制得的改性超滤膜扫描电镜正面图；
图6为实施例2条件下制得的改性超滤膜扫描电镜反面图；
图7为实施例2条件下制备改性超滤膜装置图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜制备方法
按设计配比称取聚乙二醇和纳米氧化铝置于N-N二甲基乙酰胺中，超声分散后，加入干燥过的聚砜树脂，按质量份数计，所述聚乙二醇、纳米氧化铝、聚砜树脂质量份数分别为10份、1.5份、18份， 80℃水浴恒温加热磁力搅拌，直至成为均匀稳定的铸膜液，并将铸膜液静置脱泡24h。把一定量铸膜液倒在干净光滑的玻璃板上，用200 μm厚的刮膜机匀速通过即可制得厚度均一的液态膜，然后将膜在空气中挥发10s后迅速放入30℃去离子水凝固浴中，待膜片完全自主脱离玻璃板后，将膜片转移到去离子水中浸泡24h，除去超滤膜中的溶剂后即得到改性聚砜超滤膜。
用制得的超滤膜测试抗污染性能实验，具体步骤如下：
在0.2MPa条件下预压15min至流量稳定后测试5min的水通量，然后在1mol/L的牛血清蛋白溶液作为测试原溶液，在0.2MPa压力下测膜的截留率。改性聚砜膜的水通量为380.47L/(h·m2)，截留率为91.6％。与纯聚砜膜相比，纯聚砜膜所制备的共混膜水通量为332L/(h·m2)，相比提高了12.6％，而截留率为92.8％，相比提高了1.2％。所述纯聚砜膜是指按照实施例1制备步骤，将原料改为只使用聚乙二醇和聚砜树脂制得的超滤膜，聚乙二醇和聚砜树脂的配比不变。
实施例2一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜制备方法
按设计配比称取聚乙二醇和纳米氧化铝置于N-N二甲基乙酰胺中，超声分散后，加入质量干燥过的聚砜树脂，按质量份数计，所述聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为6:1:20，80℃水浴恒温加热磁力搅拌，直至成为均匀稳定的铸膜液，并将铸膜液静置脱泡24h。把一定量铸膜液倒在干净光滑的玻璃板上，用200μm厚的刮膜机匀速通过即可制得厚度均一的液态膜，然后将膜在空气中挥发10s后迅速放入30℃去离子水凝固浴中，待膜片完全自主脱离玻璃板后，将膜片转移到去离子水中浸泡24h,除去超滤膜中的溶剂后即得到改性聚砜超滤膜。
用制得的超滤膜测试抗污染性能实验，具体步骤如下：
在0.2MPa条件下预压15min至流量稳定后测试5min的水通量，然后在1mol/L的牛血清蛋白溶液作为测试原溶液，在0.2MPa压力下测膜的截留率。改性聚砜膜的水通量为259.18L/(h·m2)，截留率为97.6％。与纯聚砜膜相比，纯聚砜膜所制备的共混膜水通量为262.07L/(h· m2)，基本保持不变，截留率为96.8％，相比略微提升了0.8％。所述纯聚砜膜是指按照实施例2制备步骤，将原料改为只使用聚乙二醇和聚砜树脂制得的超滤膜，聚乙二醇和聚砜树脂的配比不变。
实施例3一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜制备方法
按设计配比称取聚乙二醇和纳米氧化铝置于N-N二甲基乙酰胺中，超声分散后，加入质量干燥过的聚砜树脂，按质量份数计，所述聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:16，80℃水浴恒温加热磁力搅拌，直至成为均匀稳定的铸膜液，并将铸膜液静置脱泡24h。把一定量铸膜液倒在干净光滑的玻璃板上，用200μm厚的刮膜机匀速通过即可制得厚度均一的液态膜，然后将膜在空气中挥发10s后迅速放入30℃去离子水凝固浴中，待膜片完全自主脱离玻璃板后，将膜片转移到去离子水中浸泡24h，除去超滤膜中的溶剂后即得到改性聚砜超滤膜。
用制得的超滤膜测试抗污染性能实验，具体步骤如下：
在0.2MPa条件下预压15min至流量稳定后测试5min的水通量，然后在1mol/L的牛血清蛋白溶液作为测试原溶液，在0.2MPa压力下测膜的截留率。改性聚砜膜的水通量为422.45L/(h·m2)，截留率为84.5％。与纯聚砜膜相比，纯聚砜膜所制备的共混膜水通量为409.91L/(h· m2)，略微提升，提升了12.54L/(h·m2)，截留率为85.2％，基本保持不变。所述纯聚砜膜是指按照实施例1制备步骤，将原料改为只使用聚乙二醇和聚砜树脂制得的超滤膜，聚乙二醇和聚砜树脂的配比不变。
实施例4一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜制备方法
按设计配比称取聚乙二醇和纳米氧化铝置于N-N二甲基乙酰胺中，超声分散后，加入质量干燥过的聚砜树脂，按质量份数计，所述聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:18，80℃水浴恒温加热磁力搅拌，直至成为均匀稳定的铸膜液，并将铸膜液静置脱泡24h。把一定量铸膜液倒在干净光滑的玻璃板上，用200μm厚的刮膜机匀速通过即可制得厚度均一的液态膜，然后将膜在空气中挥发10s后迅速放入30℃去离子水凝固浴中，待膜片完全自主脱离玻璃板后，将膜片转移到去离子水中浸泡24h，除去超滤膜中的溶剂后即得到改性聚砜超滤膜。
用制得的超滤膜测试抗污染性能实验，具体步骤如下：
1、室温下用去离子水将膜在0.2MPa的压力下预压30min后测定 5min纯水通量J1；
2、用配制好的牛血清蛋白溶液为原液,同样条件下使装置运行 30min测定5min通量；
3、将膜取出,将膜用洗瓶冲洗膜表面，然后放入去离子水中玻璃棒搅拌清洗后,再用装置接入去离子水运行30min，在同样条件下测定膜的纯水通量J2；
4、用公式m＝(J1-J2)/J1*100％计算得出通量恢复率；
结果：改性后的超滤膜通量恢复率为63.75％，未添加纳米氧化铝的纯聚砜膜的通量恢复率为37.89％，相比之下通量恢复率提升了 25.86％。所述纯聚砜膜是指按照实施例1制备步骤，将原料改为只使用聚乙二醇和聚砜树脂制得的超滤膜，聚乙二醇和聚砜树脂的配比不变。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，其特征在于，按质量份数计，其组分及质量份数比为聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂＝(6-10):(1-1.5)：(16-20)。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，其特征在于，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:18。
3.根据权利要求1所述的纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，其特征在于，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为6:1:20。
4.根据权利要求1所述的纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，其特征在于，按质量份数计，其组分及含量为，聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂为10:1.5:16。
5.根据权利要求1至4任一项所述的纳米氧化铝改性聚砜超滤膜，其特征在于，所述的超滤膜是平板膜。
6.一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
a、取聚砜树脂干燥；
b、将纳米氧化铝及聚乙二醇加入有机溶剂中，超声60min-90min，经超声分散制得均匀混合溶液；
c、将干燥后的聚砜树脂加入超声后的均匀混合溶液中，密封水浴加热后制得铸膜液；
d、将铸膜液静置进行脱泡放置，然后在基板上进行刮膜；
f、刮膜后铸膜液在基板上停留挥发一段时间后，放入凝固浴中；
g、将刮得的膜放入到水中浸泡，以去除掉超滤膜中的有机溶剂，得到纳米氧化铝改性聚砜超滤膜；
所述聚乙二醇：纳米氧化铝：聚砜树脂质量份数比为(6-10):(1-1.5)：(16-20)。
7.根据权利要求6所述的一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N-N二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和丙酮中的一种以上。
8.根据权利要求7所述的一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N-N二甲基乙酰胺。
9.根据权利要求6所述的一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述的纳米氧化铝为α相纳米级氧化铝。
10.根据权利要求6所述的一种纳米氧化铝改性聚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述密封水浴加热是指在80℃的密封水浴加热条件下连续搅拌6h,所述挥发时间为10-30秒，所述浸泡时间为12-24h，所述凝固浴为去离子水。
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