CN109569329A - 一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法 - Google Patents

一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于滤膜技术领域，尤其涉及一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法；超滤膜包括以下重量份的原料：聚苯砜15‑20份，氧化石墨烯5‑10份、复合致孔剂10‑15份、溶剂68‑90份；包括以下制备步骤：将复合致孔剂、溶剂按比例放入80℃配料釜中，搅拌溶解；投入聚苯砜和氧化石墨烯，在90℃下采用超声混合；自然冷却静置脱泡，得到室温下的铸膜液；将所得铸膜液在无纺布上刮制一层液膜后，浸入凝胶浴中固化，即得到高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜。本发明提供的制备方法，采用浸没沉淀相转化法，能够调节超滤膜的膜孔，控制超滤膜的通量，在聚苯砜中加入氧化石墨烯，制备的聚苯砜超滤膜运行稳定，通量运行稳定，具有优异的耐酸碱腐蚀性能。

Description

一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法
技术领域
本发明属于滤膜技术领域，涉及一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜及其制备方法。
背景技术
21世纪以来，超滤技术飞速发展。超滤膜技术分为有机超滤膜和无机超滤膜，无机膜材料有陶瓷、金属、玻璃、硅酸盐、沸石等，其中一陶瓷膜最为常见；而有机膜则是最早出现过的过滤膜，制备工艺比无机膜简单，不需要高温高压处理，价格也很低。超滤膜技术是一种在水处理中广泛应用的技术，是指在一定压力下，溶液中的溶剂和小分子量溶质能够通过膜上的微孔，而大分子溶质及有害物质等不能通过膜微孔，从而达到过滤目的。
在聚砜膜材料中，聚醚砜(PES)因其特有的性质，现有技术常用聚醚砜(PES)作为超滤膜材料；但是由于工业环境的不同，聚醚砜(PES)作为超滤膜材料的性能已经难以满足实际需求，尤其是在碱性条件性，超滤膜难以保持其稳定性，使用寿命变短，从而需要频繁更换，造成巨大不便。而一般的超滤膜分为断面为指状孔(如图1所示，a1为断面图，a2为表面图)和海绵孔，指状孔的超滤膜具有较高的通量，但是其膜的抗压强度比较低，而海绵孔的超滤膜具有较高的抗压强度，但是通量较低，一般0.1MPa下在30L/m2h-80L/m2h之间，且容易发生堵塞。
发明内容
为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，包括以下重量份的原料：聚苯砜15-20份，氧化石墨烯5-10份、复合致孔剂10-15份、溶剂68-90份；
包括以下制备步骤：
步骤a、将复合致孔剂、溶剂按比例放入80℃配料釜中，搅拌溶解；
步骤b、投入聚苯砜和氧化石墨烯，在90℃下采用超声混合12-18小时；
步骤c、自然冷却静置脱泡12-18小时，得到室温下的铸膜液；
步骤d、将所得铸膜液在无纺布上刮制一层液膜后，浸入凝胶浴中固化，即得到高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜；
其中，所述复合致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和纳米二氧化钛按照1：0.3：0.2-1：1.5：0.8复配而成。
通过氧化石墨烯的加入，能够进一步提高超滤膜的稳定性，对酸碱均有良好的耐性，尤其是在碱性条件下，能够使超滤膜的性能保持稳定；而通过调节聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的比例，可以适应性调节超滤膜的膜孔，进一步控制超滤膜的通量；而纳米二氧化钛能够使致孔效率更高，降低了致孔不全的概率。
进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
进一步地，所述无纺布为聚丙烯无纺布。
进一步地，所述无纺布采用偏氟乙烯、甲基丙烯酸、羟乙基纤维素和十二烷基硫酸钠的混合物浸渍而成。通过二烷基硫酸钠能够帮助偏氟乙烯、甲基丙烯酸、羟乙基纤维素的混合液更好地附着无纺布中，保证无纺布对混合物的驻留固定能力，同时，其良好的分散作用，能够使聚苯砜和氧化石墨烯在无纺布上进行铸膜时，氧化石墨烯不会重新团聚，从而更均匀地与超滤膜结合，使超滤膜不同部位的性质更稳定，不会出现局部性能优异，局部性能不足的问题；此外，还能进一步提高超滤膜的耐碱能力。而在将无纺布进行上述工艺，还能够使本发明制备无纺布的性能得以长期稳定，提高使用寿命。
进一步地，将偏氟乙烯、甲基丙烯酸和羟乙基纤维素按照1：1.2：0.5：0.2的比例在75℃-90℃混合后，将无纺布浸渍在混合物中10-20min，取出后在6进一步地，所述凝胶浴为纯水。
进一步地，所述凝胶浴为含有50wt％-80wt％的N-甲基吡咯烷酮。
进一步地，所述凝胶浴的温度为10℃。
进一步地，步骤d中刮制的液膜在180-200μm。
本发明还提供一种采用如上任意所述制备方法所制备的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜。
本发明提供一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，采用浸没沉淀相转化法，制备过程简单高效，能够调节超滤膜的膜孔，进一步控制超滤膜的通量，制备的聚苯砜超滤膜运行稳定，在聚苯砜中加入氧化石墨烯，通量运行稳定，具有优异的耐酸碱腐蚀性能，尤其在耐碱方面，有着显著的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的超滤膜中的SEM扫描电镜图；
图2为本发明提供的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的实施例1SEM扫描电镜图；
图3为本发明提供的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的实施例4SEM扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供以下实施例
实施例1
将5份聚乙二醇PEG100、4份聚乙烯吡咯烷酮PVP-k30、2.5份纳米二氧化钛加入88份N-甲基吡咯烷酮放入80℃配料釜中中搅拌溶解，再加入16份聚苯砜于和5份氧化石墨烯于90℃下采用超声混合12小时溶解形成均相铸膜液；停止加热让其自然冷却至室温，过滤脱泡12小时；将铸膜液在聚丙烯无纺布上刮制一层200μm的液膜后立即浸入10℃纯水凝胶浴中，每隔4小时换一次水，得到超滤膜；孔径为0.02-0.03um；接触角为52°-58°；SEM扫描电镜图如图2所示，其中，b1为断面图，b2为表面图；可以看出，本实施例中超滤膜的断面为海绵孔状。
实施例2
将8份聚乙二醇PEG100、4份聚乙烯吡咯烷酮PVP-k30，3份纳米二氧化钛加入85份N-甲基吡咯烷酮放入80℃配料釜中搅拌溶解，再加入15份聚苯砜和8份氧化石墨烯于90℃下采用超声混合15小时溶解形成均相铸膜液；停止加热让其自然冷却至室温，过滤脱泡15小时；将铸膜液在聚丙烯无纺布上刮制一层200μm的液膜后立即浸入10℃含50wt％N-甲基吡咯烷酮的凝胶浴中，20s后再将膜转入室温纯水中，每隔4小时换一次水，得到超滤膜，测得孔径为0.01-0.03um；接触角为47°-52°。
实施例3
将8份聚乙二醇PEG100、6份聚乙烯吡咯烷酮PVP-k30和3.5份纳米二氧化钛加入75份N-甲基吡咯烷酮放入80℃配料釜中搅拌溶解，再加入16份聚苯砜和6份氧化石墨烯于90℃下搅拌15小时溶解形成均相铸膜液；停止加热让其自然冷却至室温，过滤脱泡12小时；将铸膜液在无纺布上刮制一层200μm的液膜后立即浸入10℃含70wt％N-甲基吡咯烷酮的凝胶浴中，20s后再将膜转入室温纯水中，每隔4小时换一次水，得到超滤膜，测得孔径为0.02-0.03um；；接触角为49°-54°。
实施例4
将8份聚乙二醇PEG100、6份聚乙烯吡咯烷酮PVPk30和3份纳米二氧化钛加入75份N-甲基吡咯烷酮放入80℃配料釜中搅拌溶解，再加入16份聚苯砜和6份氧化石墨烯于90℃下采用超声混合15小时溶解形成均相铸膜液；停止加热让其自然冷却至室温，过滤脱泡12小时；
将20份偏氟乙烯、24份甲基丙烯酸和10份羟乙基纤维素和4份十二烷基硫酸钠在80℃混合后，将聚丙烯无纺布浸渍在混合物中15min，取出后在70℃的真空干燥机下烘干25min；
将铸膜液在无纺布上刮制一层200μm的液膜后立即浸入10℃含70wt％N-甲基吡咯烷酮的凝胶浴中，20s后再将膜转入室温纯水中，每隔4小时换一次水，得到超滤膜，测得孔径为0.02-0.04um；；接触角为51°-57°；SEM扫描电镜图如图3所示，其中，c1为断面图，c2为表面图，由图可知，超滤膜的端面为全海绵孔状。
将上述实施例制备的超滤膜进行以下测试：将制备的膜在0.5mol/L下的NaOH溶液中浸泡7天、15天、30天，在1.0MPa下，测试膜静泡前后的通量，测量对无机盐的截留率R，并观察膜表面的变化；
其中，无机盐采用1.5g/L MgCl2，截留率R＝(1-Cp/C0)×100％
式中，Cp和Co分别为透过液和原液中无机盐的浓度，浓度用电导率值表征。
测试结果如下表所示：
表1
通过上表可以看出，本发明提供一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法所制备的超滤膜，制备的聚苯砜超滤膜，在长期处于碱性环境中其通过下降不明显，且仍能保持80％以上的截留率，具有优异的耐碱性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚苯砜15-20份，氧化石墨烯5-10份、复合致孔剂10-18份、溶剂68-90份；
包括以下制备步骤：
步骤a、将复合致孔剂、溶剂按比例放入80℃配料釜中，搅拌溶解；
步骤b、投入聚苯砜和氧化石墨烯，在90℃下采用超声混合12-18小时；
步骤c、自然冷却静置脱泡12-18小时，得到室温下的铸膜液；
步骤d、将所得铸膜液在无纺布上刮制一层液膜后，浸入凝胶浴中固化，即得到高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜；
其中，所述复合致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和纳米二氧化钛按照1：0.3：0.2-1：1.5：0.8复配而成。
2.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述无纺布为聚丙烯无纺布。
4.根据权利要求3所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述无纺布采用偏氟乙烯、甲基丙烯酸、羟乙基纤维素和十二烷基硫酸钠的混合物浸渍而成。
5.根据权利要求4所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：将偏氟乙烯、甲基丙烯酸和羟乙基纤维素按照1：1.2：0.5：0.2十二烷基硫酸钠的比例在75℃-90℃混合后，将无纺布浸渍在混合物中10-20min，取出后在60℃-90℃的真空干燥机下烘干20-30min。
6.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述凝胶浴为纯水。
7.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述凝胶浴为含有50wt％-80wt％的N-甲基吡咯烷酮。
8.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：所述凝胶浴的温度为10℃。
9.根据权利要求1所述的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜的制备方法，其特征在于：步骤d中刮制的液膜在180-200μm。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述制备方法所制备的高通量耐碱性复合聚苯砜超滤膜。
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