CN110327786A - 反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件 - Google Patents

反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件。一种反渗透膜或纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，以自支撑多孔介质作为基膜，对所述基膜进行亲水化处理，所述自支撑多孔介质采用无机微孔材料、无机‑聚合物复合微孔材料或聚合物拉伸成孔材料一种或多种；步骤2，对亲水化处理后的基膜采用界面聚合方法复合脱盐层以制备反渗透膜或纳滤膜。一种采用上述的方法制备的反渗透膜和纳滤膜，包括：自支撑多孔介质和脱盐层，所述自支撑多孔介质包含无机微孔材料、无机‑聚合物复合微孔材料或聚合物拉伸成孔材料一种或多种。一种膜元件，利用上述反渗透膜或纳滤膜制得的膜元件。

Description

反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件
技术领域
本发明涉及膜处理技术领域，尤其涉及一种反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件。
背景技术
膜技术由于其具有高效率、低能耗、高选择性等特点，已经成为解决水资源污染及短缺的关键性技术，且已经在全球范围内广泛的推广和应用。造就了一批国内外知名膜产品制造企业，如陶氏，海德能，东丽，时代沃顿，碧水源等。
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/纳滤膜产品的竞争已经不局限于性能，也包括成本的竞争，尤其是家用市场。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)制约元件的卷制面积，因此元件产水量偏低。
降低原材料成本，提高元件卷制面积是各大厂商提高产品竞争力的途径之一，使用一种新的基膜材料，替代占主要成本和材料厚度的无纺布和聚砜，已经成为一种迫切的需求。
发明内容
本发明的实施例提供了一种反渗透膜或纳滤膜制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件，以克服现有技术的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种反渗透膜或纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，以自支撑多孔介质作为基膜，对所述基膜进行亲水化处理，所述自支撑多孔介质采用无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料；
步骤2，对亲水化处理后的基膜采用界面聚合方法复合脱盐层以制备反渗透膜或纳滤膜。
优选地，所述步骤1中的无机微孔材料为：二氧化钛或氧化铝中；
所述无机-聚合物复合微孔材料为：MOFs、COFs、PVDF或PVA；
所述聚合物拉伸成孔材料为：高密度聚乙烯。
优选地，所述基膜的厚度在2-100μm，平均孔径5-100nm，表观孔隙率10- 70％。
优选地，所述基膜的拉伸强度20-100Mpa，断裂伸长率30％-120％，模量 100-300Mpa。
优选地，所述基膜不溶于水，且不会在水中发生大于5％的溶胀，材料的 5s接触角在30-85度。
优选地，所述步骤2中所述脱盐层为芳香聚酰胺、半芳香聚酰胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、双亲性嵌段高分子、聚乙烯醇或半芳香聚酰胺-聚乙烯醇复合材料。
优选地，所述步骤2中所述脱盐层的厚度在20-200nm，平均孔径在0.8- 2.0nm。
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
取10*10cm的自支撑多孔介质(厚度20μm，孔隙率45％)5片，分别按照以下条件进行改性：
1#：氧等离子体，压力140pa，功率60W，处理时间10s；
2#：氧等离子体，压力120pa，功率90W，处理时间30s；
3#：电晕处理，电压3300V/m2，处理时间2s；
4#：电晕处理，电压5200V/m2，处理时间2s；
5#：空白对照。
一种采用上述方法制备的反渗透膜，包括：自支撑多孔介质和脱盐层，所述自支撑多孔介质包含无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料。
一种采用上述方法制备的纳滤膜，包括：自支撑多孔介质和脱盐层，所述自支撑多孔介质包含无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料。
一种膜元件，利用上述反渗透膜制得的膜元件，所述膜元件为卷式膜元件或板框式组器。
一种膜元件，利用上述纳滤膜制得的膜元件，所述膜元件为卷式膜元件或板框式组器。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例使用了一种可以自支撑的多孔介质作为基膜进行亲水处理，增加了材料的亲水性，替代了无纺布和多孔聚砜层组合的基材，在自支撑多孔材料上直接复合一层脱盐层，成功的制备出与商品化反渗透膜或纳滤膜产品性能相当的膜片，大大降低了材料成本，且制备方法易操作，同时使用该膜片制作膜元件具有同样的优势。
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
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，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。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，下面以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供了一种反渗透膜或纳滤膜制备方法，
包括以下步骤：
步骤1，以自支撑多孔介质作为基膜，对所述基膜进行亲水化处理，所述自支撑多孔介质采用无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料。
其中，无机微孔材料为：二氧化钛或氧化铝；无机-聚合物复合微孔材料为：MOFs、COFs、PVDF或PVA；聚合物拉伸成孔材料为：高密度聚乙烯。
基膜的厚度在2-100μm，平均孔径5-100nm，表观孔隙率10-70％；
基膜的拉伸强度20-100Mpa，断裂伸长率30％-120％，模量100-300Mpa；
基膜不溶于水，且不会在水中发生大于5％的溶胀，材料的5s接触角在30- 85度。
步骤2，对亲水化处理后的基膜采用界面聚合方法复合脱盐层以制备反渗透膜或纳滤膜。
脱盐层为芳香聚酰胺、半芳香聚酰胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、双亲性嵌段高分子、聚乙烯醇或半芳香聚酰胺-聚乙烯醇复合材料。脱盐层的厚度在 20-200nm，平均孔径在0.8-2.0nm。
根据上述方法制备反渗透膜或纳滤膜，具体如下：
步骤1，取10*10cm的自支撑多孔介质(厚度20μm，孔隙率45％)5片，分别按照以下条件进行改性：
1#：氧等离子体，压力140pa，功率60W，处理时间10s；
2#：氧等离子体，压力120pa，功率90W，处理时间30s；
3#：电晕处理，电压3300V/m2，处理时间2s；
4#：电晕处理，电压55200V/m2，处理时间2s；
5#：空白对照。
以自支撑多孔介质亲水性的变化，其数据如表1所示，经过氧等离子体或电晕处理，自支撑多孔介质的亲水性提高，有助于制备反渗透/纳滤膜。
表1不同改性条件PE基材的水接触角
样品编号 1# 2# 3# 4# 5#
接触角(°) 91±2 80±3 88±2.2 75±2 112±2
步骤2，对基膜采用聚合方法制备反渗透膜或纳滤膜：
(1)采用上述方法制备反渗透膜：
以步骤1中2#自支撑多孔介质为基膜。称取3.5g间苯二胺，2.5g樟脑磺酸钠，0.1g十二烷基硫酸钠溶于93.9g去离子水中，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；称取 0.15g均苯三甲酰氯溶于99.85gIsopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将反应中间体单面接触油相溶液0.5min；
置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得所述反渗透膜。
(2)采用上述方法制备反渗透膜：
以步骤1中2#自支撑多孔介质为基膜。称取2.5g间苯二胺，2.5g樟脑磺酸钠，0.1g十二烷基硫酸钠溶于94.9g去离子水中，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；称取 0.12g均苯三甲酰氯溶于99.88gIsopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将反应中间体单面接触油相溶液0.5min；
置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得所述反渗透膜。
(3)采用上述方法制备纳滤膜，其中，原位界面聚合方法中水相采用哌嗪，哌嗪含量为0.25～2.5％，油相采用多元酰氯的异构烷烃溶液，油相含量为 0.05％～0.8％，具体如下：
以步骤1中2#自支撑多孔介质为基膜。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，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；称取0.3g均苯三甲酰氯溶于99.7gIsopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将反应中间体单面接触油相溶液0.5min；
置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得所述纳滤膜。
(4)采用上述方法制备纳滤膜：
以步骤1中4#自支撑多孔介质为基膜。称取1g间苯二胺，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，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；称取 0.3g均苯三甲酰氯溶于99.7gIsopar G中，得到界面聚合反应油相溶液，将反应中间体单面接触油相溶液0.5min；
置于80℃烘箱中干燥1.5min，制得所述纳滤膜。
数据对比如表2和3所示，如表中数据显示，采用等离子体或者电晕处理改性的自支撑多孔介质，采用传统界面聚合方法，成功制备出与商品化反渗透/纳滤膜产品性能相当的膜片。
表2自支撑多孔介质基材反渗透膜与商品化反渗透膜性能对比
表3自支撑多孔介质纳滤膜与商品化纳滤膜性能对比
本发明实施例提供了一种利用上述方法制得的反渗透膜或纳滤膜制作的膜元件，包括但不限于卷式膜元件和板框式组器。
综上所述，本发明实施例提供了一种反渗透膜或纳滤膜的制备方法及反渗透膜和纳滤膜及膜元件。本发明实施例采用自支撑的多孔介质作为基膜，替代了传统复合分离膜的作为支撑材料的无纺布和作为产水收集介质的多孔聚砜层结构，对自支撑多孔介质进行亲水处理，并在自支撑多孔材料上直接复合一层脱盐层，脱盐层是起到分离作用的关键层，从而实现传统复合膜的分离功能，成功制备出与商品化反渗透/纳滤膜产品性能相当的膜片，该制备方法易操作，并降低原材料成本，提高元件的产水量，具有高效率低能耗等特点。。本发明实施例还利用自支撑多孔分离膜制得反渗透膜或纳滤膜制作膜元件，该膜元件具备同样的优点。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
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 (12)

1.一种反渗透膜或纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以自支撑多孔介质作为基膜，对所述基膜进行亲水化处理，所述自支撑多孔介质采用无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料；
步骤2，对亲水化处理后的基膜采用界面聚合方法复合脱盐层以制备反渗透膜或纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的无机微孔材料为：二氧化钛或氧化铝；
所述无机-聚合物复合微孔材料为：MOFs、COFs、PVDF或PVA；
所述聚合物拉伸成孔材料为：高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基膜的厚度在2-100μm，平均孔径5-100nm，表观孔隙率10-70％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基膜的拉伸强度20-100Mpa，断裂伸长率30％-120％，模量100-300Mpa。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基膜不溶于水，且不会在水中发生大于5％的溶胀，材料的5s接触角在30-85度。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述脱盐层为芳香聚酰胺、半芳香聚酰胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、双亲性嵌段高分子、聚乙烯醇或半芳香聚酰胺-聚乙烯醇复合材料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述脱盐层的厚度在20-200nm，平均孔径在0.8-2.0nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：
取10*10cm，厚度20μm，孔隙率45％的自支撑多孔介质5片，分别按照以下条件进行改性：
1#：氧等离子体，压力140pa，功率60W，处理时间10s；
2#：氧等离子体，压力120pa，功率90W，处理时间30s；
3#：电晕处理，电压3300V/m2，处理时间2s；
4#：电晕处理，电压5200V/m2，处理时间2s；
5#：空白对照。
9.一种采用权利要求1-8中任一所述的方法制备的反渗透膜，其特征在于，包括：自支撑多孔介质和脱盐层，所述自支撑多孔介质包含无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料。
10.一种采用权利要求1-8中任一所述的方法制备的纳滤膜，其特征在于，包括：自支撑多孔介质和脱盐层，所述自支撑多孔介质包含无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料、聚合物拉伸成孔材料或聚合物拉伸成孔材料与无机微孔材料、无机-聚合物复合微孔材料组成的复合材料。
11.一种膜元件，其特征在于，利用权利要求9所述反渗透膜制得的膜元件，所述膜元件为卷式膜元件或板框式组器。
12.一种膜元件，其特征在于，利用权利要求10所述纳滤膜制得的膜元件，所述膜元件为卷式膜元件或板框式组器。
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