CN110102193A - 以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法 - Google Patents

以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法，包括：以多孔聚烯烃为基膜，通过涂层方式对所述的基膜表面进行亲水化改性，然后对改性后的基膜通过界面聚合法得到反渗透膜或纳滤膜。通过本方法制得的反渗透膜或纳滤膜可以大大的降低原料的成本、提高元件的卷制面积，以及降低工程占地面积。

Description

以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法
技术领域
本发明涉及膜技术领域，尤其涉及一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法。
背景技术
膜技术由于具有效率高、能耗低和选择性高等特点，已经成为解决水资源短缺及污染的关键性技术，且已经在全球范围内得到广泛的应用。
随着水处理市场的不断扩张，以及各大公司产能的扩充，反渗透膜或纳滤膜产品已经不局限于性能的竞争，也包括成本的竞争，尤其是对于家用市场，传统无纺布加聚砜的工艺，由于原材料的限制，其利润空间已经很小。同时由于铸膜工艺及厚度的限制，其膜片厚度(一般在135μm左右)制约着元件的卷制面积，因此导致元件的产水量偏低。
目前，降低原材料成本和提高元件卷制面积是膜元件技术领域用于提高产品竞争力的途径之一。随着电池技术的发展，聚烯烃锂离子电池隔膜制备技术也突飞猛进，由于其合成简单、生产规模大、成本低等作为一种功能化薄膜材料被大规模应用在锂电池中。一般来说，锂电池用的PE隔膜采用拉伸的技术来进行制备，厚度为10～40微米，平均孔径为20-60nm。为了降低现有的反渗透/纳滤膜的制造成本，可以通过对聚乙烯(Polyethylene,PE)锂离子电池隔膜进行一定的改性，成为替代无纺布或聚砜组合的基膜。
因此，需要一种可以替代无纺布与聚砜组合的基膜的改性PE锂离子电池隔膜方法，以大大降低原材料成本。
发明内容
本发明提供了一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法，以降低原料成本。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法，包括：
以多孔聚烯烃为基膜，通过涂层方式对所述的基膜表面进行亲水化改性，然后对改性后的基膜通过界面聚合法得到反渗透膜或纳滤膜。
优选地，多孔聚烯烃包括聚乙烯PE、聚丙烯PP或PP/PE复合材料。
优选地，基膜的厚度为12-60μm，平均孔径20-60nm，表观孔隙率为35-60％。
优选地，涂层方式为喷涂、旋涂、定量Slotdie涂覆或转移涂覆。
优选地，通过涂层方式对所述的基膜表面进行亲水化改性，包括：在多孔聚烯烃得基膜上均匀的涂覆上一层含有一定浓度亲水性物质的水溶液，然后进行烘干，得到亲水化改性后的基膜。
优选地，亲水性物质为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸中的一种或几种。
优选地，对改性后的基膜通过界面聚合法得到反渗透膜，具体包括如下步骤：
将间苯二胺、十二烷基硫酸钠和樟脑磺酸钠分别按照2-5％、1％-3％、1％-4％对应的重量百分比溶于水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应的水相溶液；
将改性后的基膜单面接触所述水相溶液反应0.5-10min，得到吸附水相基膜；
清除多余水相溶液；
将均苯三甲酰氯按重量百分比为0.1-0.5％溶于油相溶剂中，得到界面聚合反应油相溶液；
将所述吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触所述油相溶液反应0.5-2min后干燥即可。
优选地，对改性后的基膜通过界面聚合法得到纳滤膜的方法，具体包括如下步骤：
将哌嗪、十二烷基硫酸钠和樟脑磺酸钠分别按照0.25-2.5％1％-3％和1％-4％对应的重量百分比溶于水中，并将pH值控制在9-11，得到界面聚合反应水相溶液；
将改性后的基膜单面接触所述水相溶液0.5-10min，得到吸附水相基膜；
清除多余的水相溶液；
将均苯三甲酰氯按重量百分比为0.1-0.5％溶于油相溶剂中，得到界面聚合反应的油相溶液；
将所述吸附水相基膜水相溶液处理的一面接触所述油相溶液反应0.5-2min后干燥即可。
优选地，油相溶剂正庚烷、正己烷或异构烷烃。
优选地，反渗透膜或纳滤膜应用于卷式膜元件、板框式组件或碟片式元件。
由上述本发明的以多孔聚烯烃为基膜的多层反渗透膜或纳滤膜的制备方法提供的技术方案可以看出，本发明方法得到的反渗透膜或纳滤膜相比于商业化反渗透/纳滤膜，其厚度可以降低80％，可以大幅降低原料成本、提高元件的卷制面积，以及随着工程所需的元件数量减少，可以降低工程占地面积。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，下面描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将以几个具体实施例为例做进一步的解释说明。
实施例
本实施例提供了一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
以聚乙烯(Polyethylene,PE)为基膜，采用Slotdie定量涂覆方式对PE基膜表面进行亲水化改性，亲水化改性方法包括以下步骤：
取10*10cm的PE基膜(厚度20μm，孔隙率45％，平均孔径约45nm)5片，分别选取表1中的5种亲水性物质进行Slotdie定量涂覆，然后进行烘干，得到亲水化改性后的基膜。
表1选取的亲水性物质
编号 亲水性物质
1# 0.5％聚乙烯醇
2# 0.5％聚乙烯基吡咯烷酮
3# 0.5％聚乙二醇60000
4# 0.5％聚丙烯酸
5# 空白对照
通过接触角来表征PE基膜亲水性的变化，结果如表2所示，通过表2可以看出，经过表面亲水改性，PE的亲水性提高，接触角可以从聚烯烃的112°左右下降至45-65°，有助于制备反渗透/纳滤膜。
表2不同亲水改性条件下的PE基膜的水接触角
对改性后的基膜通过界面聚合法得到多层反渗透膜或纳滤膜：
1)以改性后的2#PE基膜作为基膜，分别称取3.5g的间苯二胺，2.5g的樟脑磺酸钠，0.1g的十二烷基硫酸钠溶于93.9g的去离子水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应水相溶液，将基膜单面接触水相溶液0.5min；用橡胶辊挤干表面多余水相溶液，得到吸附水相基膜；称取0.15g的均苯三甲酰氯溶于99.85g的异构烷烃类溶剂(Isopar G)中，得到界面聚合反应油相溶液，将吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触油相溶液0.5min；置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得反渗透膜1#。
2)以改性后的2#PE基膜作为基膜，分别称取2.5g的间苯二胺，2.5g的樟脑磺酸钠，0.1g的十二烷基硫酸钠溶于94.9g的去离子水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应水相溶液，将基膜单面接触水相溶液0.5min；用橡胶辊挤干表面多余水相溶液，得到吸附水相基膜；称取0.12g均苯三甲酰氯溶于99.88g的Isopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触油相溶液0.5min；置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得反渗透膜2#。
3)以改性后的2#PE基膜作为基膜，分别称取1g哌嗪，2.5g樟脑磺酸钠，0.1g十二烷基硫酸钠溶于96.4g去离子水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应水相溶液，将基膜单面接触水相溶液0.5min；用橡胶辊挤干表面多余水相溶液，得到吸附水相基膜；称取0.3g均苯三甲酰氯溶于99.7g的Isopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触油相溶液0.5min；置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得纳滤膜1#。
4)以改性后的4#PE基膜作为基膜，分别称取1g哌嗪，2.5g樟脑磺酸钠，0.1g十二烷基硫酸钠溶于96.4g去离子水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应水相溶液，将基膜单面接触水相溶液0.5min；用橡胶辊挤干表面多余水相溶液，得到吸附水相基膜；称取0.3g均苯三甲酰氯溶于99.7g的Isopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触油相溶液0.5min；置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得纳滤膜2#。
根据上述方法制得的反渗透膜和纳滤膜的结果如表3和4所示，根据表2和3所示，通过本发明的方法制得的反渗透滤膜和纳滤膜与商品化的反渗透和纳滤膜产品性能基本相当。因此，通过本方法可以在保证原有性质的基础上，采用聚乙烯替换昂贵的无纺布及聚砜，可以大大的降低原材料成本。
另外，上述的返渗透膜或纳滤膜应用于卷式膜元件、板框式组件或碟片式元件。
表3 PE基膜反渗透膜与商品化反渗透膜性能对比
表4 PE基膜纳滤膜与商品化纳滤膜性能对比
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种以多孔聚烯烃为基膜的反渗透膜或纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括：
以多孔聚烯烃为基膜，通过涂层方式对所述的基膜表面进行亲水化改性，然后对改性后的基膜通过界面聚合法得到反渗透膜或纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多孔聚烯烃包括聚乙烯PE、聚丙烯PP或PP/PE复合材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的厚度为12-60μm，平均孔径20-60nm，表观孔隙率为35-60％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的涂层方式为喷涂、旋涂、定量Slotdie涂覆或转移涂覆。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过涂层方式对所述的基膜表面进行亲水化改性，包括：在多孔聚烯烃得基膜上均匀的涂覆上一层含有一定浓度亲水性物质的水溶液，然后进行烘干，得到亲水化改性后的基膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的亲水性物质为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对改性后的基膜通过界面聚合法得到反渗透膜，具体包括如下步骤：
将间苯二胺、十二烷基硫酸钠和樟脑磺酸钠分别按照2-5％、1％-3％、1％-4％对应的重量百分比溶于水中，调节pH值在9-11，得到界面聚合反应的水相溶液；
将改性后的基膜单面接触所述水相溶液反应0.5-10min，得到吸附水相基膜；
清除多余水相溶液；
将均苯三甲酰氯按重量百分比为0.1-0.5％溶于油相溶剂中，得到界面聚合反应油相溶液；
将所述吸附水相基膜的水相溶液处理的一面接触所述油相溶液反应0.5-2min后干燥即可。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对改性后的基膜通过界面聚合法得到纳滤膜的方法，具体包括如下步骤：
将哌嗪、十二烷基硫酸钠和樟脑磺酸钠分别按照0.25-2.5％1％-3％和1％-4％对应的重量百分比溶于水中，并将pH值控制在9-11，得到界面聚合反应水相溶液；
将改性后的基膜单面接触所述水相溶液0.5-10min，得到吸附水相基膜；
清除多余的水相溶液；
将均苯三甲酰氯按重量百分比为0.1-0.5％溶于油相溶剂中，得到界面聚合反应的油相溶液；
将所述吸附水相基膜水相溶液处理的一面接触所述油相溶液反应0.5-2min后干燥即可。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的油相溶剂正庚烷、正己烷或异构烷烃。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述的反渗透膜或纳滤膜应用于卷式膜元件、板框式组件或碟片式元件。
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