CN111467970A - 一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，步骤如下：（1）将聚合物纳滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；（2）利用荷电聚合物对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于改性溶液中，升温至30‑40℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和交联剂，反应后得到改性纳滤膜；（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，辐照后利用荷电水溶液进行处理3‑5h，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。本发明能够提高纳滤膜的稳定性，增加膜表面对有机物质的吸附和抗污染性。

Description

一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳滤膜制备领域，具体涉及一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法。
背景技术
膜分离技术是迅速崛起的一门新型高效的分离技术，己经成为解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一。纳滤是己经工业化的膜分离技术之一，是上世纪80年代后发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的斥力驱动的膜分离技术，在分离过程中，无相变，无化学反应，不破坏生物洁性等优点，因而，广泛的用于废水处理、海水淡化、饮用水净化、染料的浓缩和脱盐等领域。
纳滤膜是纳滤分离技术的核心，纳滤膜的结构、材料与性能直接决定了纳滤分离技术的优劣。最常见的纳滤膜是由支撑层和分离层组成的复合纳滤膜，其优点在于：可以分别选用适当的分离层和支撑层使之在选择性、渗透性、化学和热稳定性等方面的性能得到优化。绝大多数复合纳滤膜是由聚合物膜材料制备的聚合物纳滤膜，聚合物纳滤膜具有原料来源广泛、易加工、成本低、柔韧性好等优点。尽管如此，聚合物纳滤膜仍然存在不耐高温、不耐有机溶剂和化学腐蚀、寿命较短等缺点。并且，大多数聚合物膜材料琉水性较强，蛋白质、细菌和腐殖酸等物质易通过正在水相互作用吸附/沉积在聚合物膜表面，造成膜污染，渗透通量、破坏膜的选择性、缩短膜的使用寿命。因此，常常需要对聚合物纳滤膜进行改性，提高其亲水性和抗污染性能。
但是目前的纳滤膜由于具有大量的亲水性官能团，膜面呈现电负性，电负性膜通常具有水通量较大、抗污染性能差的特点。
发明内容
本发明提出了一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，能够提高纳滤膜的稳定性，增加膜表面对有机物质的吸附和抗污染性。
一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，步骤如下：
（1）将聚合物纳滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；
（2）利用荷电聚合物对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；
（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于改性溶液中，升温至30-40℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和交联剂，反应后得到改性纳滤膜；
（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，辐照后利用荷电水溶液进行处理3-5h，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。
所述步骤（1）中聚合物纳滤膜为聚偏氟乙烯超滤膜。
所述步骤（2）中荷电聚合物为聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸或聚苯乙烯磺酸酸中的任意一种，二氧化硅纳米粒子的粒径为40-100nm，通过原子转移自由基聚合进行接枝处理。
所述步骤（3）中改性溶液为聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的混合溶液，聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的质量比为（3-6）：1。
所述步骤（3）中交联剂为六偏磷酸钠，聚乙烯醇和修饰后的二氧化硅纳米粒子的质量比为（2-4）：1，加入修饰后的二氧化硅纳米粒子进行反应1-2h；六偏磷酸钠的质量为聚乙烯醇的5-10%。
所述步骤（4）中紫外辐照功率为50-200W，辐照时间为2-3min。
所述步骤（4）中荷电水溶液为丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶液，浓度为2-10wt%，处理温度为30-60℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明利用等离子体对聚合物纳滤膜进行预处理，等离子体能够对聚合物进行表面改性，同时，对聚合物纳滤膜内部也同步改性。实现增加聚合物纳滤膜的内外活性位点，以及活性位点之间的黏连，固结后聚合物的活性度增大，进而制备出多层的中空纤维膜，中空纤维膜通透性增加，多层结构能够实现定量过滤，通过改变等离子体处理的参数，进而实现定量过滤，如控制过滤精度为1μm；
（2）本发明利用聚乙烯醇与对羟基苯甲醇在六偏磷酸钠交联剂的作用下发生交联反应生成三维交联的网状大分子聚合物，利用三维交联网状化合物部分羟基与羧甲基纤维素上的羟基形成氢键作用和羧甲基纤维素的粘性将三维交联网状化合物结合到聚合物纳滤膜表面，修饰后的纳米粒子能够阻止大分子聚合物中分子链间的相对移动，从而起到对三维交联的网状大分子聚合物的增强作用；
（3）本发明利用紫外辐照对聚合物纳滤膜表面进行处理，形成聚电解质荷电改性功能层，提高膜的截留率和抗污染性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。
实施例1
一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，步骤如下：
（1）将聚偏氟乙烯超滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；
（2）利用原子转移自由基聚合，采用聚甲基丙烯酸对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；
（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的混合溶液中，聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的质量比为3：1，升温至30℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和六偏磷酸钠，聚乙烯醇和修饰后的二氧化硅纳米粒子的质量比为2：1，六偏磷酸钠的质量为聚乙烯醇的5%，反应1h后得到改性纳滤膜；
（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，紫外辐照功率为50W，辐照时间为2min，辐照后利用浓度为2wt%的丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶液进行处理3h，处理温度为30℃，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。
实施例2
一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，步骤如下：
（1）将聚偏氟乙烯超滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；
（2）利用原子转移自由基聚合，采用聚丙烯酸对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；
（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的混合溶液中，聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的质量比为5：1，升温至35℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和六偏磷酸钠，聚乙烯醇和修饰后的二氧化硅纳米粒子的质量比为3：1，六偏磷酸钠的质量为聚乙烯醇的8%，反应1.5h后得到改性纳滤膜；
（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，紫外辐照功率为100W，辐照时间为2.5min，辐照后利用浓度为6wt%的丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶液进行处理4h，处理温度为50℃，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。
实施例3
一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，步骤如下：
（1）将聚偏氟乙烯超滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；
（2）利用原子转移自由基聚合，采聚苯乙烯磺酸酸对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；
（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的混合溶液中，聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的质量比为6：1，升温至40℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和六偏磷酸钠，聚乙烯醇和修饰后的二氧化硅纳米粒子的质量比为4：1，六偏磷酸钠的质量为聚乙烯醇的10%，反应2h后得到改性纳滤膜；
（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，紫外辐照功率为200W，辐照时间为3min，辐照后利用浓度为10wt%的丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶液进行处理5h，处理温度为60℃，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。
对比例1
去除步骤（1），其余制备步骤同实施例1。
对比例2
去除步骤（4），其余制备步骤同实施例1。
利用实施例1-3和对比例1-2制备的新型荷电疏松纳滤膜，测试其性能，废水中NaCl的浓度为1200ppm，CuSO4的浓度为2300ppm，结果见下表。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)

1.一种基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将聚合物纳滤膜利用等离子体进行预处理，得到预处理膜；
（2）利用荷电聚合物对二氧化硅纳米粒子进行接枝处理，得到修饰后的二氧化硅纳米粒子；
（3）将步骤（1）得到的预处理膜置于改性溶液中，升温至30-40℃，加入步骤（2）得到的修饰后的二氧化硅纳米粒子和交联剂，反应后得到改性纳滤膜；
（4）将步骤（3）得到的改性纳滤膜进行紫外辐照，辐照后利用荷电水溶液进行处理3-5h，晾干后得到新型荷电疏松纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中聚合物纳滤膜为聚偏氟乙烯超滤膜。
3.根据权利要求1所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中荷电聚合物为聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸或聚苯乙烯磺酸酸中的任意一种，二氧化硅纳米粒子的粒径为40-100nm，通过原子转移自由基聚合进行接枝处理。
4.根据权利要求1所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中改性溶液为聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的混合溶液，聚乙烯醇和对羟基苯甲醇的质量比为（3-6）：1。
5.根据权利要求4所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中交联剂为六偏磷酸钠，聚乙烯醇和修饰后的二氧化硅纳米粒子的质量比为（2-4）：1，加入修饰后的二氧化硅纳米粒子进行反应1-2h；六偏磷酸钠的质量为聚乙烯醇的5-10%。
6.根据权利要求1所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中紫外辐照功率为50-200W，辐照时间为2-3min。
7.根据权利要求1所述的基于新型荷电疏松纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中荷电水溶液为丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶液，浓度为2-10wt%，处理温度为30-60℃。
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