CN110075711B - 一种大通量高截留专用复合纳滤膜 - Google Patents

一种大通量高截留专用复合纳滤膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大通量高截留专用复合纳滤膜，该纳滤膜包括基材和依次覆在基材上的多孔支撑超滤膜、纳滤层、亲水层，该纳滤膜可广泛用于自来水厂供应优级水质的市政自来水的过滤产品，在只需要低压力条件下，消耗极少的能量，就能达到出水水质达标、单位膜面积出水量大的效果。

Description

一种大通量高截留专用复合纳滤膜
技术领域
本发明涉及污水净化处理技术领域，具体涉及一种大通量高截留专用复合纳滤膜。
背景技术
纳滤膜是一种有机高分子复合膜，它是介于反渗透膜及超滤膜之间的一类高端过滤分离产品，纳滤膜孔径介于100至1000道尔顿之间，能够截留部分小分子、一价盐和绝大部分二价盐以及多价盐。相对于其它高端过滤技术，纳滤膜进行过滤的优点是：它是一个物理过程，不会产生任何相变，也不会破坏所过滤介质的特性，保证了原有介质性质的延续性，还具有能耗低等优点。
国内纳滤膜技术起步较晚，早期技术基本都是引进自国外，近几年国内一些企业及科研院所开始在纳滤膜技术上有所突破。在一些通用及市政污水领域，由于纳滤膜具备的特有技术特点和优势，已开始逐渐取代传统的反渗透膜，逐步得到了应用和推广。中国专利公开号CN 108479422 A公开了一种纳滤膜，将纳米无机粒子与其他原料添加到溶剂中，超声分散后蒸发掉溶剂，得到中间物，中间物与磺化聚醚砜粉末、添加剂在混料机中共混，混合料熔融挤出后通过喷丝板，纺织成纳滤膜基材，然后将涂覆填充用料倒入流化床中熔融，将纳滤膜基材浸入到流化床中反应，制得纳滤膜，应用于工业含盐废水处理具有较高的水处理能力。
纳滤膜技术主要应用在工业污水处理上，目前，还没有一种专门针对市政污水处理的专用纳滤膜产品，由于市政污水所含的成分不像一些工厂(特别是一些化工企业、钢铁企业)的废水那么复杂(含有较高的硬度、重金属离子、硅、多种盐以及有机物)，市政污水基本上是一般的生活污水和雨水的混合物，相对工业污水比较容易处理。现有技术中，均是采用工业污水用纳滤膜处理市政污水，该技术存在着单位产量低、能耗大、成本高等弊端，且纳滤膜的成型附着力差、通量不稳定、过滤精度低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种专门针对市政污水处理用的大通量高截留专用复合纳滤膜。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种大通量高截留专用复合纳滤膜，其特殊之处在于：所述纳滤膜包括基材和依次覆在基材上的多孔支撑超滤膜、纳滤层、亲水层；该纳滤膜可广泛用于自来水厂供应优级水质的市政自来水的过滤产品。
作为优选方案，所述基材厚度为2.5-3.5mil；多孔支撑超滤膜厚度为1-2mil；纳滤层厚度为1-1.5mil；亲水层厚度为0.1-0.8mil。
进一步的，所述基材为聚丙烯无纺布，聚丙烯无纺布可以增强多孔支撑超滤膜的成型附着力。
本发明的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米过滤聚合物和有机溶剂的混合液涂覆在基材上，在15-18℃水中反应30-35s成型得到多孔支撑超滤膜(可称为基膜)；
(2)将多孔支撑超滤膜(基膜)经过纳米级的苯磺酸复合聚合液，在多孔支撑超滤膜表面形成纳滤层；
(3)纳滤层经过聚乙烯醇复合混合液浸泡，在纳滤层表面形成亲水层，基层、多孔支撑超滤膜、纳滤层、亲水层紧密复合而成得到纳滤膜。
上述覆膜工艺使得纳滤膜的成型具有选择性，能够确保膜孔径在设定范围内，保证过滤精度。
本发明的纳滤膜应用在城市市政污水处理厂，经过生化、超滤等前处理后，本产品可作为最后一道过滤屏障，在只需要低压力条件下，消耗极少的能量，就能够保证出水水质达标、单位膜面积出水量(处理量)大的特点。
作为优选方案，步骤(1)中所述纳米过滤聚合物为聚酰亚胺；所述有机溶剂为羧甲基纤维素；聚酰亚胺与羧甲基纤维素反应形成的基膜透过性好。
进一步的，步骤(1)中所述基材为厚度3±0.05mil的聚丙烯(PP)无纺布，多孔支撑超滤膜厚度为1.5±0.05mil；特定厚度的PP无纺布可避免由于基材过厚而造成膜片成品厚度超标的问题。
进一步的，步骤(1)中所述纳米过滤聚合物与有机溶剂的体积比为(7-8):1，该配比条件下形成的基膜透过性好，可确保纳滤膜稳定的通量。
作为优选方案，步骤(2)中所述纳米级的苯磺酸复合聚合液为苯磺酸钠与哌嗪按照体积比1：2比例溶于纯水中混合制得。
进一步的，步骤(2)中形成纳滤层的温度为50-70℃，湿度不大于60％，在该环境条件下形成的纳滤层厚度适中。
进一步的，步骤(2)中形成的纳滤层厚度为1.2±0.05mil。
作为优选方案，步骤(3)中所述聚乙烯醇复合混合液为聚乙烯醇与间苯二胺按照体积比3：1比例混合得到的溶液。
进一步的，步骤(3)中所述聚乙烯醇复合混合液质量浓度为5％；纳滤层在聚乙烯醇复合混合液中的浸泡时间为18-22秒，浸泡时间的选择可以影响亲水层的亲水性。
进一步的，步骤(3)中形成亲水层的温度为50-70℃，湿度不大于60％，该环境下形成亲水层的。
进一步的，步骤(3)中形成的亲水层厚度为0.5±0.05mil。
本发明的有益效果体现在：
1.本发明的纳滤膜可专门用于市政污水的处理，成本低，单位处理量大，通量大。
2.本发明纳滤膜的基材选用特定厚度的PP无纺布，避免了由于基材过厚而造成的膜片成品厚度超标问题，从而实际使用面积较少，同等条件下出水量过低的结果。
3.纳滤层表面的特种涂层使得本发明的产品具有良好的亲水性，透水性能好，不易堵塞，通量稳定、衰减慢，污堵后便于清洗恢复。
4.特定聚酰亚胺配比混合成型的基膜和纳滤层，具有对污水中小分子、离子稳定的截留性能和化学耐受性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的纳滤膜结构示意图。
附图中，1亲水层，2纳滤层，3多孔支撑超滤膜，4基材。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明的纳滤膜包括基材4和依次覆在基材4上的多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1；基材4选用聚丙烯无纺布。
实施例1
本实施例提供一种大通量高截留专用复合纳滤膜，纳滤膜包括基材4和依次覆在基材4上的多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1；基材4选用聚丙烯无纺布。
本实施的大通量高截留专用复合纳滤膜，通过以下方法制得：
(1)将聚酰亚胺和羧甲基纤维素按照体积比7.5：1的比例混合后，将混合液涂覆在厚度为3mil的PP无纺布上，在15℃水中反应35s成型得到厚度为1.5mil的多孔支撑超滤膜3(可称为基膜)；
(2)将多孔支撑超滤膜3(基膜)经过纳米级的苯磺酸复合聚合液，置于温度60℃，湿度不大于60％的环境下，在基膜表面形成厚度为1.2mil的纳滤层2；纳米级的苯磺酸复合聚合液为苯磺酸钠与哌嗪按照体积比1：2比例溶于纯水中混合制得；
(3)纳滤层2经过质量浓度为5％聚乙烯醇复合混合液浸泡20秒，置于温度60℃，湿度不大于60％的环境下，在纳滤层2表面形成厚度为0.5mil的亲水层1，聚乙烯醇复合混合液为聚乙烯醇与间苯二胺按照体积比3：1比例混合得到的溶液；基层、多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1紧密复合而成得到纳滤膜产品。
本实施例所得产品可用于城市市政污水处理厂，经过生化、超滤等前处理后，该产品可作为最后一道过滤屏障，在只需要低压力条件下，消耗极少的能量，就能够保证出水水质达标、单位膜面积出水量(处理量)大的特点。
实施例2
本实施例提供一种大通量高截留专用复合纳滤膜，纳滤膜包括基材4和依次覆在基材4上的多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1；基材4选用聚丙烯无纺布。
本实施的大通量高截留专用复合纳滤膜，通过以下方法制得：
(1)将聚酰亚胺和羧甲基纤维素按照体积比7：1的比例混合后，将混合液涂覆在厚度为2.8mil的PP无纺布上，在16℃水中反应33s成型得到厚度为1.2mil的多孔支撑超滤膜3(可称为基膜)；
(2)将多孔支撑超滤膜3(基膜)经过纳米级的苯磺酸复合聚合液，置于温度60℃，湿度不大于60％的环境下，在基膜表面形成厚度为1mil的纳滤层2；纳米级的苯磺酸复合聚合液为苯磺酸钠与哌嗪按照体积比1：2比例溶于纯水中混合制得；
(3)纳滤层2经过质量浓度为5％聚乙烯醇复合混合液浸泡22秒，置于温度55℃，湿度不大于60％的环境下，在纳滤层2表面形成厚度为0.45mil的亲水层1，聚乙烯醇复合混合液为聚乙烯醇与间苯二胺按照体积比3：1比例混合得到的溶液；基层、多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1紧密复合而成得到纳滤膜产品。
本实施例所得产品可以广泛用于自来水厂供应优级水质的市政自来水的过滤产品，具有成本低，单位处理量大，通量大的优点。
实施例3
本实施例提供一种大通量高截留专用复合纳滤膜，纳滤膜包括基材4和依次覆在基材4上的多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1；基材4选用聚丙烯无纺布。
本实施的大通量高截留专用复合纳滤膜，通过以下方法制得：
(1)将聚酰亚胺和羧甲基纤维素按照体积比8：1的比例混合后，将混合液涂覆在厚度为3.5mil的PP无纺布上，在18℃水中反应30s成型得到厚度为1.8mil的多孔支撑超滤膜3(可称为基膜)；
(2)将多孔支撑超滤膜3(基膜)经过纳米级的苯磺酸复合聚合液，置于温度70℃，湿度不大于60％的环境下，在基膜表面形成厚度为1.4mil的纳滤层2；纳米级的苯磺酸复合聚合液为苯磺酸钠与哌嗪按照体积比1：2比例溶于纯水中混合制得；
(3)纳滤层2经过质量浓度为5％聚乙烯醇复合混合液浸泡18秒，置于温度65℃，湿度不大于60％的环境下，在纳滤层2表面形成厚度为0.45mil的亲水层1，聚乙烯醇复合混合液为聚乙烯醇与间苯二胺按照体积比3：1比例混合得到的溶液；基层、多孔支撑超滤膜3、纳滤层2、亲水层1紧密复合而成得到纳滤膜产品。
本实施例所得产品可用于城市市政污水处理厂，在低压力条件下，消耗极少的能量，就能够保证出水水质达标、单位膜面积出水量(处理量)大的特点，成本低廉，适合大规模应用。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺和羧甲基纤维素的混合液涂覆在基材上，经反应成型得到多孔支撑超滤膜；所述聚酰亚胺和羧甲基纤维素的体积比为(7-8):1；
(2)将多孔支撑超滤膜经过纳米级的苯磺酸复合聚合液，在多孔支撑超滤膜表面形成纳滤层；所述纳米级的苯磺酸复合聚合液为苯磺酸钠与哌嗪按照体积比1：2比例溶于纯水中混合制得；
(3)纳滤层经过聚乙烯醇复合混合液浸泡，在纳滤层表面形成亲水层，基层、多孔支撑超滤膜、纳滤层、亲水层紧密复合而成得到纳滤膜；所述聚乙烯醇复合混合液为聚乙烯醇与间苯二胺按照体积比3：1比例混合得到的溶液。
2.根据权利要求1所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述基材为厚度3±0.05mil的聚丙烯无纺布，多孔支撑超滤膜厚度为1.5±0.05mil。
3.根据权利要求1所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中形成纳滤层的温度为50-70℃，湿度不大于60％。
4.根据权利要求1或3所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中形成的纳滤层厚度为1.2±0.05mil。
5.根据权利要求1所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述聚乙烯醇复合混合液质量浓度为5％；纳滤层在聚乙烯醇复合混合液中的浸泡时间为18-22秒。
6.根据权利要求5所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中形成亲水层的温度为50-70℃，湿度不大于60％。
7.根据权利要求1所述的一种大通量高截留专用复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中形成的亲水层厚度为0.5±0.05mil。
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