CN111530296A - 一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜及其制备方法 - Google Patents

一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜及其制备方法，该膜包括聚砜多孔支撑层以及其表面通过界面聚合形成的聚酰胺脱盐层，所述的聚酰胺脱盐层为含氟二氯硅烷原位聚合生成硅颗粒纳米粒子嵌入聚酰胺形成的有机‑无机纳米复合层。在保持聚酰胺反渗透膜对氯化钠较高截留率的同时，提高了膜的水渗透通量，使得膜可以用于中低压的节能过滤过程，利用硅纳米粒子在聚酰胺脱盐层的原位生成，不仅有效避免了纳米粒子易团聚的缺点，还制备出了高透水流量的水通道，使得膜具有截盐率高、透过流量高、工艺简单和制备成本低的优点。

Description

一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜及其制备方法。
背景技术
聚酰胺反渗透膜是一种压力驱动膜，其能有效截留所有溶解盐分及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。它对钠和氯离子的截留率通常为95％ -100％，被广泛地应用于苦咸水或海水的脱盐，从而提供工业、商业或家庭使用的不含盐的水。
目前，商业化聚酰胺反渗透膜大多是混合基质的复合膜，一般是采用界面聚合技术在聚砜多孔支撑层表面复合超薄的致密化层而得到的。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用，在保证孔径大小、孔径分布、孔密度和具有良好耐压性的基础上，应尽量提高基膜的水通量或降低膜阻力，另外还要求基膜的表面形态有利于提高复合膜层牢度；致密层也称脱盐层，起脱盐作用。目前已经公开的有芳香族聚酰胺、脂肪族聚酰胺复合膜等。但是目前所研究的反渗透膜普遍存在脱盐率较高，但是能耗高、通量相对较低的问题。
开发低压和中低压的高脱盐率的节能型反渗透膜已成为膜领域的研究热点。低压反渗透不仅可以在较低的压力下实现对苦咸水的脱盐，还可以从原水和废水中去除盐类、重金属、色度和微生物等，可用于地表水、含重金属离子废水、含营养物质废水和地下水的净化和一些特殊废水的处理，具有非常广阔的适用范围和应用前景。
而众多研究表明纳米材料与聚酰胺的复合在提高反渗透膜通量方面有着极大的优势。但在有机-无机纳米复合膜的制备过程中，纳米粒子的引入及其在膜体中的分布情况对膜性能影响重大。一般地，复合反渗透膜为多层结构，由聚砜多孔支撑层和聚酰胺脱盐层构成。因此，纳米粒子既可被引入到多孔支撑层，也可被引入到聚酰胺脱盐层中。
因此，需要制成在常规操作压力下具有较高通量的膜，或是能够在相对较低的操作压力下保持较高通量的膜，既提高了膜的通量和/或降低了压力要求的同时，又具有较高的截盐率的膜，尤其是那些适应大规模的膜制备的方法，是目前产学研界迫切需要解决的难题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供具有更高通量和/或更高截盐率的反渗透膜及其制备方法。此方法尤其适于制备聚酰胺反渗透脱盐膜。
为实现发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜，包括聚砜多孔支撑层以及其表面通过界面聚合形成的聚酰胺脱盐层，其特征在于：所述的聚酰胺脱盐层为含氟二氯硅烷原位聚合生成硅颗粒纳米粒子嵌入聚酰胺形成的有机-无机纳米复合层。
作为优选，所述硅颗粒纳米粒子是原位生成的，其含有以下结构单元：
Figure BDA0002472915330000021
其中R表示烃基，为氟甲基、氟乙基、氟丙基、氟异丙基、氟苯基、氟丁基、或氟叔丁基的任一种。
本发明通过以下技术方案得以实现：一种基于二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜的制备方法，其特征在于：由聚砜多孔支撑层及其表面通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层，所述的聚酰胺脱盐层为原位聚合生成硅颗粒纳米粒子嵌入聚酰胺形成的有机-无机纳米复合层，是间苯二胺的水溶液与均苯三甲酰氯和二氯硅烷的有机溶液进行界面聚合形成的，包括以下步骤：
(1)配置胺的水溶液A：在水中依次加入间苯二胺体和pH调节试剂樟脑磺酸，搅拌均匀，溶解完全，调整水溶液的pH为10；
(2)配置均苯三甲酰氯和二氯硅烷的有机溶液B：在有机溶剂中依次加入均苯三甲酰氯单体、二氯硅烷，搅拌均匀，溶解完全，其中均苯三甲酰氯浓度为 0.06-1wt％，优选浓度为0.06wt％，二氯硅烷的浓度为0.01-0.04wt％；
(3)界面聚合反应：将清洗干净的湿态多孔支撑层放入A溶液中，接触时间为5min，沥干表面水珠后，再放入B溶液中接触，接触时间为30s得硅颗粒纳米粒子嵌入改性的聚酰胺初生态膜；
(4)膜片烘干：在温度为80℃的条件下烘干，烘干时间为10min；
(5)膜片后处理：对膜片采用温度为20-80℃、洗浴比为1：(5-100)的去离子水漂洗5-10min，并浸泡在温度为15-80℃、浓度为0.5-20wt％的甘油溶液中 1-40min，进行保湿处理。
本发明在保持聚酰胺反渗透膜对氯化钠较高截留率的同时，提高了膜的水渗透通量，使得膜可以用于中低压的节能过滤过程；利用硅纳米粒子在聚酰胺脱盐层的原位生成，不仅有效避免了纳米粒子易团聚的缺点，还制备出了高透水流量的水通道，使得膜具有截盐率高、透过流量高、工艺简单和制备成本低的优点。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此：
实施例1
一种基于二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置多官能胺的水溶液A：将20g间苯二胺溶于100g的纯水中，并依次加入40g樟脑磺酸，再用三乙胺溶液调节A溶液至pH为10.0，搅拌均匀；
(2)配置多官能酰卤和二甲基二氯硅烷的有机溶液B：在100g的溶剂油(ISOPAR-G)中依次加入0.06g的均苯三甲酰氯，然后再分别加入0.01g、0.02g、 0.03g、0.04g的二甲基二氯硅烷，搅拌均匀，溶解完全，其中均苯三甲酰氯优选浓度为0.06wt％，二甲基二氯硅烷的浓度为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、 0.04wt％；
(3)界面聚合反应：将清洗干净的湿态多孔聚砜支撑层(孔径0.01μm)放入A 溶液中，接触时间为5min，沥干表面水珠后，再放入B溶液中接触，接触时间为30s得硅颗粒纳米粒子嵌入改性的聚酰胺初生态膜；
(4)膜片烘干：在温度为80℃的条件下烘干，烘干时间为10min；
(5) 膜片后处理：对膜片采用温度为60℃、洗浴比为1：50的去离子水漂洗10min，并浸泡在温度为60℃、浓度为20wt％的甘油溶液中30min，进行保湿处理。
其中：本实施例采用的测定方法如下：
水通量和截盐率：25℃下，依次在7bar500ppmNaCl溶液、10bar纯水和15.5bar2000ppmNaCl溶液使用错流评价仪对膜的水通量和截盐率进行测试。测试样品的有效直径为5.0cm，并且先预压30min，膜的水通量用单位面积单位时间内流出的液体体积来计算，膜的截盐率可以通过使用来检测膜两侧盐的电导变化计算通量与截留。
二甲基二氯硅烷的性能参数：在15.5bar压力下，膜片对2000ppmNaCl进行测试，性能最优为渗透通量为94.2(L/m2*h)，对NaCl的脱除率为98.8％。
实施例2
一种基于二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置多官能胺的水溶液A：将20g间苯二胺溶于100g的纯水中，并依次加入40g樟脑磺酸，再用三乙胺溶液调节A溶液至pH为10.0，搅拌均匀；
(2)配置多官能酰卤和二苯基二氯硅烷的有机溶液B：在100g的溶剂油 (ISOPAR-G)中依次加入0.06g的均苯三甲酰氯，然后再分别加入0.01g、0.02g、 0.03g、0.04g的二苯基二氯硅烷，搅拌均匀，溶解完全，其中均苯三甲酰氯优选浓度为0.06wt％，二苯基二氯硅烷的浓度为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、 0.04wt％；
(3)界面聚合反应：将清洗干净的湿态多孔聚砜支撑层(孔径0.01μm)放入A 溶液中，接触时间为5min，沥干表面水珠后，再放入B溶液中接触，接触时间为30s得硅颗粒纳米粒子嵌入改性的聚酰胺初生态膜；
(4)膜片烘干：在温度为80℃的条件下烘干，烘干时间为10min；
(5) 膜片后处理：对膜片采用温度为60℃、洗浴比为1：50的去离子水漂洗10min，并浸泡在温度为60℃、浓度为20wt％的甘油溶液中30min，进行保湿处理。
其中：本实施例采用的测定方法如下：
水通量和截盐率：25℃下，依次在7bar500ppmNaCl溶液、10bar纯水和15.5bar2000ppmNaCl溶液使用错流评价仪对膜的水通量和截盐率进行测试。测试样品的有效直径为5.0cm，并且先预压30min，膜的水通量用单位面积单位时间内流出的液体体积来计算，膜的截盐率可以通过使用来检测膜两侧盐的电导变化计算通量与截留。
二甲基二氯硅烷的性能参数：在15.5bar压力下，膜片对2000ppmNaCl进行测试，性能最优为渗透通量为84.8(L/m2*h)，对NaCl的脱除率为99.2％。
本实施例1和2是使用空白膜TFC进行了对照试验，空白膜TFC的性能测试结果如下：
在15.5bar压力下，膜片对纯水进行测试，性能最优为渗透通量为51.8(L/m2*h)，对NaCl的脱除率为99.6％。
可见本发明中，二氯硅烷高分子链在聚酰胺网络中互穿，缩小了孔道结构，从而提高了NaCl的脱出率。
实施案例3改变二氯硅烷共混质量体积比分数，其他步骤与实施例1与2 相同的操作方法，制备复合膜并测试，得到结果如下表：
Figure BDA0002472915330000051
Figure BDA0002472915330000052
Figure BDA0002472915330000053
Figure BDA0002472915330000054

Claims (4)

1.一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜，包括聚砜多孔支撑层以及其表面通过界面聚合形成的聚酰胺脱盐层，其特征在于：所述的聚酰胺脱盐层为二氯硅烷原位聚合生成硅颗粒纳米粒子嵌入聚酰胺形成的有机-无机纳米复合层。
2.如权利要求1所述的一种基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜，其特征在于：所述硅颗粒纳米粒子是原位聚合生成的，其结构如下图：
Figure FDA0002472915320000011
其中R为氟甲基、氟乙基、氟丙基、氟异丙基、氟苯基、氟丁基、或氟叔丁基的一种。
3.一种权利要求1或2所述基于含氟二氯硅烷的聚酰胺反渗透膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配置胺的水溶液A：在水中依次加入间苯二胺单体和pH调节试剂樟脑磺酸，搅拌均匀，溶解完全，调整水溶液的pH为10；
(2)配置均苯三甲酰氯和含氟二氯硅烷的有机溶液B：在有机溶剂中依次加入均苯三甲酰氯单体、含氟二氯硅烷，搅拌均匀，溶解完全，其中均苯三甲酰氯浓度为0.06-1wt％，优选浓度为0.06wt％；二氯硅烷的浓度为0.01-0.04wt％；
(3)界面聚合反应：将清洗干净的湿态多孔支撑层放入A溶液中，接触时间为5min，沥干表面水珠后，再放入B溶液中接触，接触时间为30s得硅颗粒纳米粒子嵌入改性的聚酰胺初生态膜；
(4)膜片烘干：在温度为80℃的条件下烘干，烘干时间为10min；
(5)膜片后处理：对膜片采用温度为20-80℃、洗浴比为1：(5-100)的去离子水漂洗5-10min，并浸泡在温度为15-80℃、浓度为0.5-20wt％的甘油溶液中1-40min，进行保湿处理。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述水相溶液中胺类单体为间苯二胺，其浓度为1-4wt％，优选浓度为2wt％。
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