CN110548423A - 改性超滤膜及其改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种改性超滤膜及其改性方法，改性超滤膜主要包括聚砜、磺化聚砜、表面活性剂和溶剂，改性方法通过制备铸膜液，将铸膜液进行刮膜和湿法凝固得到平板超滤膜，再利用反应型表面活性剂和紫外光照射活化以及改性溶液的接枝改性达到对超滤膜进行表面改性的目的，本发明的改性超滤膜具有良好的机械强度，同时其亲水能力强，能够有效防止有机物污染，在长期使用过程中仍然能够保持较高的水通量，具有良好的应用前景。

Description

改性超滤膜及其改性方法
技术领域
本发明涉及污水处理设备技术领域，尤其涉及一种改性超滤膜及其改性方法。
背景技术
超滤是一种高效分离技术，对去除水体中的胶体、细菌、病毒和各种有机物具有良好的效果，相比传统的分离技术而言，具有操作步骤简洁、工艺容易实施等优点，因此超滤技术已经广泛应用于人们的生活中，尤其是污水处理领域。
然而超滤膜多采用高分子有机材料制成，其在具备较高的机械强度的情况下，表现出较强的疏水性，这就导致在进行污水处理的过程中极易发生特异性的吸附作用，尤其是对污水中的有机物具有较高的吸附作用，在长时间的处理过程中，有机污染会导致超滤膜的分离性能大幅度下降，污水处理能力也随之下降，最终导致超滤膜的使用寿命大幅度缩短。
目前改善超滤膜的抗污染能力的途径主要是通过亲水改性来改善超滤膜的亲水性，从而降低有机污染的吸附，一般亲水改性的方法主要包括共混改性和接枝改性，两种改性方法均不能在根本上解决亲水性差的问题，在改性提高亲水性的同时会导致膜的其他性能下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够稳定提高亲水性同时能够保证具有良好的机械性能和抗冲击性能的改性超滤膜及其改性方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种改性超滤膜的改性方法，所述改性方法包括如下步骤：
步骤一、混合铸膜液原料、搅拌溶解，溶解后进行微孔过滤，在真空恒温条件下静置脱泡，得到铸膜液；
步骤二、将步骤一得到的铸膜液均匀涂布在无纺布上，经过平板刮膜机刮膜成型，刮膜后在常温常压下蒸发1-2min后，通过干-湿相转变法凝固成膜，得到平板超滤膜；
步骤三、将步骤二制备的平板超滤膜浸泡在表面活性剂溶液中，在紫外光照射条件下对平板超滤膜进行活化处理，照射时间为5-10min；
步骤四、将活化处理后的平板超滤膜放入改性溶液中，搅拌吸附0.5-1h，得到接枝改性平板超滤膜；
步骤五、将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，去除残留的表面活性剂和改性溶液。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，所述混合铸膜液原料包括如下重量份数的原料：
在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚砜的重均分子量为5-8万道尔顿，磺化聚砜的重均分子量为2-3万道尔顿，磺化聚砜的磺化度为20-40％。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、聚氧乙烯辛基苯酚醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠中的一种。
更进一步优选的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三中所述表面活性剂溶液为反应型表面活性剂溶液。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述表面活性剂溶液为甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵的水溶液，溶液的质量浓度为15-30％。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤四中，所述改性溶液为羧甲基壳聚糖水溶液。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述所述羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为15-20％。
本发明还提供了一种由以上改性方法所制备的改性超滤膜。
本发明的改性超滤膜及其改性方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的改性超滤膜采用聚砜和磺化聚砜作为主要膜材料，其中聚砜为疏水性材料，磺化聚砜具有一定的亲水性，在原料上改善了亲水性问题，且磺化聚砜与聚砜的结构类似，保留了聚砜膜材料的机械强度，其次本发明在制备过程中采用反应型的表面活性剂与超滤膜进行活化反应，通过紫外光照射，使其在本发明的超滤膜的表面进行一定程度的接枝反应，利用表现活性剂的亲水性能进一步增强超滤膜表面的亲水性能，同时其接枝稳定性高，具有较长的使用寿命和较好的使用效果，紫外光照射后的超滤膜具有较高的反应活性，在紫外光照射后再次与羧甲基壳聚糖溶液反应，利用在前接枝的表面活性剂与之进行再次接枝反应，意外地发现，接枝了羧甲基壳聚糖的超滤膜不仅具有良好的亲水性，同时还具备一定的抗菌性，且其提供了较大的空间位阻可以有效防止有机污染物透过超滤膜，同时能够阻止有机污染物的聚集，起到了一定的自清洁作用；
(2)本发明的超滤膜改性方法简单有效，改性得到的改性超滤膜具备良好的亲水性，且其在长期的工作过程中能够有效阻止有机污染物聚集于超滤膜的表面，表现出良好的抗污染性能；
(3)本发明的超滤膜改性方法不同于常规的接枝改性和共混改性，在保持良好的机械强度的同时，还能够提高膜表面的亲水性能，降低有机物污染，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按照质量比为10：10：3：50，混合聚砜、磺化聚砜、吐温20和N,N-二甲基甲酰胺，搅拌30min，将混合溶液通过0.2μm的微孔过滤膜进行过滤，将过滤后的溶液在-0.1Mpa真空度下，保持常温，静置脱泡5min，得到铸膜液；
将脱泡处理的铸膜液均匀涂布在无纺布上，平板刮膜机刮膜成型，刮膜厚度为200μm，刮膜后在常温常压下蒸发1min，将刮膜浸泡在质量浓度为20％的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，漂洗2min，得到平板超滤膜；
将上述平板超滤膜再次浸泡在质量浓度为15％的甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵水溶液中，同时紫外光照射5min进行活化处理，照射完毕，将活化处理的平板超滤膜放入15％质量浓度的羧甲基壳聚糖水溶液中，搅拌吸附0.5h，得到接枝改性平板超滤膜；
将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，浸泡30min，去除残留的表面活性剂和改性溶液，取出，常温常压干燥，得到改性平板超滤膜成品。
实施例2
按照质量比为20：15：5：80，混合聚砜、磺化聚砜、吐温80和N,N-二甲基乙酰胺，搅拌30min，将混合溶液通过0.2μm的微孔过滤膜进行过滤，将过滤后的溶液在-0.1Mpa真空度下，保持常温，静置脱泡5min，得到铸膜液；
将脱泡处理的铸膜液均匀涂布在无纺布上，平板刮膜机刮膜成型，刮膜厚度为200μm，刮膜后在常温常压下蒸发2min，将刮膜浸泡在质量浓度为20％的N,N-二甲基乙酰胺的水溶液中，漂洗2min，得到平板超滤膜；
将上述平板超滤膜再次浸泡在质量浓度为30％的甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵水溶液中，同时紫外光照射10min进行活化处理，照射完毕，将活化处理的平板超滤膜放入20％质量浓度的羧甲基壳聚糖水溶液中，搅拌吸附1h，得到接枝改性平板超滤膜；
将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，浸泡30min，去除残留的表面活性剂和改性溶液，取出，常温常压干燥，得到改性平板超滤膜成品。
实施例3
按照质量比为15：10：4：60，混合聚砜、磺化聚砜、聚氧乙烯辛基苯酚醚和N-甲基吡咯烷酮，搅拌30min，将混合溶液通过0.2μm的微孔过滤膜进行过滤，将过滤后的溶液在-0.1Mpa真空度下，保持常温，静置脱泡5min，得到铸膜液；
将脱泡处理的铸膜液均匀涂布在无纺布上，平板刮膜机刮膜成型，刮膜厚度为200μm，刮膜后在常温常压下蒸发1min，将刮膜浸泡在质量浓度为20％的N-甲基吡咯烷酮的水溶液中，漂洗2min，得到平板超滤膜；
将上述平板超滤膜再次浸泡在质量浓度为20％的甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵水溶液中，同时紫外光照射7min进行活化处理，照射完毕，将活化处理的平板超滤膜放入17％质量浓度的羧甲基壳聚糖水溶液中，搅拌吸附0.5h，得到接枝改性平板超滤膜；
将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，浸泡30min，去除残留的表面活性剂和改性溶液，取出，常温常压干燥，得到改性平板超滤膜成品。
实施例4
按照质量比为18：14：3：70，混合聚砜、磺化聚砜、吐温20和N,N-二甲基甲酰胺，搅拌30min，将混合溶液通过0.2μm的微孔过滤膜进行过滤，将过滤后的溶液在-0.1Mpa真空度下，保持常温，静置脱泡5min，得到铸膜液；
将脱泡处理的铸膜液均匀涂布在无纺布上，平板刮膜机刮膜成型，刮膜厚度为200μm，刮膜后在常温常压下蒸发1min，将刮膜浸泡在质量浓度为20％的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中，漂洗2min，得到平板超滤膜；
将上述平板超滤膜再次浸泡在质量浓度为25％的甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵水溶液中，同时紫外光照射5min进行活化处理，照射完毕，将活化处理的平板超滤膜放入15％质量浓度的羧甲基壳聚糖水溶液中，搅拌吸附0.5h，得到接枝改性平板超滤膜；
将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，浸泡30min，去除残留的表面活性剂和改性溶液，取出，常温常压干燥，得到改性平板超滤膜成品。
以上实施方式中，所述紫外光的光照强度为20mw/cm2，波长为360-400nm。
将实施例1-4所制备的改性平板超滤膜成品与某市售聚砜平板超滤膜进行性能测试对比，对比项目包括纯水通量、截留率、抗污染性能、接触角和机械性能，测试结果如下：
以上实验结果不难看出，本发明的改性超滤膜具有良好的亲水性能，且其在较高的压力下仍然能够表现出良好的水通量，改性后的超滤膜在含有有机聚合物的污水中工作30天后仍然保持较高的水通量，相比常规超滤膜而言，具有较低的通量衰减系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述改性方法包括如下步骤：
步骤一、混合铸膜液原料、搅拌溶解，溶解后进行微孔过滤，在真空恒温条件下静置脱泡，得到铸膜液；
步骤二、将步骤一得到的铸膜液均匀涂布在无纺布上，经过平板刮膜机刮膜成型，刮膜后在常温常压下蒸发1-2min后，通过干-湿相转变法凝固成膜，得到平板超滤膜；
步骤三、将步骤二制备的平板超滤膜浸泡在表面活性剂溶液中，在紫外光照射条件下对平板超滤膜进行活化处理，照射时间5-10min；
步骤四、将活化处理后的平板超滤膜放入改性溶液中，搅拌吸附0.5-1h，得到接枝改性平板超滤膜；
步骤五、将接枝改性平板超滤膜浸泡在纯水中，去除残留的表面活性剂和改性溶液。
2.如权利要求1所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，步骤一中，所述混合铸膜液原料包括如下重量份数的原料：
3.如权利要求2所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述聚砜的重均分子量为5-8万道尔顿，磺化聚砜的重均分子量为2-3万道尔顿，磺化聚砜的磺化度为20-40％。
4.如权利要求2所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、聚氧乙烯辛基苯酚醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠中的一种。
5.如权利要求2所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种。
6.如权利要求1所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，步骤三中所述表面活性剂溶液为反应型表面活性剂溶液。
7.如权利要求6所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述表面活性剂溶液为甲基丙烯酰氧乙基烷基二甲基溴化铵的水溶液，溶液的质量浓度为15-30％。
8.如权利要求1所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，步骤四中，所述改性溶液为羧甲基壳聚糖水溶液。
9.如权利要求8所述的一种改性超滤膜的改性方法，其特征在于，所述所述羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为15-20％。
10.一种改性超滤膜，其特征在于，由权利要求1-9中任一项所述的改性超滤膜的改性方法改性而得。
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