CN112619438B - 一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜及其制备方法，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，所述的聚酰胺脱盐层为活性单体A互溶到活性聚酰胺层；所述活性单体A中的反应物为聚异丁烯胺。本发明提供的聚酰胺反渗透膜制备方法提高了反渗透膜对甲醇等短链脂肪醇的耐受性能，进而达到了延长膜使用寿命以及提高膜使用效率的目的。

Description

一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及反渗透膜水处理技术领域，尤其涉及一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜及其制备方法。
背景技术
反渗透膜作为一种有选择性的半透膜，因其具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点被广泛应用于海水淡化、超纯水制备、废水回用和物质分离浓缩等诸多水处理领域。反渗透膜工艺已成为脱盐生产纯净水的最有希望的技术。
目前，制备反渗透膜材料的种类有很多，如：醋酸纤维素类、芳香族聚酰肼类、芳香族聚酰胺类等。其中，芳香族聚酰胺类复合反渗透膜作为主流商品膜被广泛投入到市场之中。但是，聚酰胺反渗透膜会在潮湿或液体(水和溶剂)环境中膨胀，尤其当膜处在甲醇体系下，膜就会发生“溶胀”现象，甚至破坏原始的膜结构。然而，在反渗透工程中，时常要处理一些受污染水源，以及一些经过前期处理的废水，在这些水源中有时会含有甲醇等一些短链脂肪醇。这些分离系统中的短链脂肪醇会导致聚酰胺聚合物链膨胀，导致膜的选择性分离降低，进而极大影响了反渗透膜的分离效率，需要经常更换膜。所以，如何提高复合反渗透膜的耐甲醇抗溶胀性能，是提高反渗透膜分离效率的关键。
在目前已发表的文献中有许多关于提高膜各种性能的方法，诸如提高膜的耐氧化，耐氯以及抗污染性能等等。在提高膜的耐氧化方面，专利CN101130155A公开了一种通过在有机相溶液中改性多元酰氯，得到耐氧化性提高的改性芳香聚酰胺脱盐层的方法。在提高膜的耐氯性能方面，专利CN110201562A公开了一种通过在反渗透膜两侧面上分别接枝双胍基化聚乙烯胺和氧化石墨烯纳米片，让渗透膜具有更好的耐氯性能。在提高膜耐污染方面，CN111054215A公开了一种在复合反渗透膜表面添加一层交联的亲水涂层,增强反渗透膜的亲水性,提高了膜的抗污染能力。
虽然在现有技术中已形成一些关于提高聚酰胺反渗透膜各种性能的技术方案，但是有关于提高聚酰胺反渗透膜耐甲醇抗溶胀的技术方案还有所欠缺或仍有待进一步挖掘的空间。
发明内容
本发明为弥补现有聚酰胺反渗透膜在耐甲醇抗溶胀性能方面存在的不足，提供一种具有良好耐甲醇抗溶胀的聚酰胺反渗透膜及其制备方法。
为实现发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜，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活性单体A互溶到活性聚酰胺(PA)层；
所述活性单体A中的反应物为聚异丁烯胺，其所含结构单元如下：
Figure BDA0002829544400000021
其中，Y为13～18，重均分子量为800～1200。
所述的活性聚酰胺(PA)层由间苯二胺和均苯三甲酰氯组成。
本发明的另一技术方案是这样的：一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
将多孔支撑层与水相溶液接触形成水相液层，然后将所述的水相液层与含均苯三甲酰氯的有机相溶液接触进行界面聚合反应，之后进行热处理和漂洗，以在多孔支撑层上形成聚酰胺脱盐层，所述有机相溶液中互溶有活性单体A。
具体地，包括以下步骤：
(1)水相溶液配置：在纯水中加入间苯二胺和樟脑磺酸，磁力搅拌至完全溶解和均匀，用三乙胺调整水相溶液的pH为10；
(2)有机相溶液配置：在有机溶剂中依次加入均苯三甲酰氯单体、活性单体A，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0.1wt％，活性单体A的浓度为0.01-0.1wt％，优选浓度为0.02wt％；
(3)界面聚合反应：将多孔支撑层放于配置好的水相溶液中，待其充分接触5min后，沥干吸附在其表面的水滴后，再放于配置好的有机相溶液中，待其充分30s后得到聚酰胺初生态膜；
(4)热处理：将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min。
本发明提供的聚酰胺反渗透膜制备方法提高了反渗透膜对甲醇等短链脂肪醇的耐受性能，进而达到了延长膜使用寿命以及提高膜使用效率的目的。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。以下实施例或对比例中所用的原料若未特别说明，均为市售常规原料。
以下对本发明实施例或对比例中用到或可能用到的方法进行说明：
1、耐甲醇抗溶胀性能的评价
配制体积浓度为30％的甲醇水溶液，再将反渗透膜片浸没入该甲醇水溶液中12h，然后取出膜片并用去离子水反复冲洗膜表面，最后将膜片浸泡在去离子水中24h后测试其脱盐率和渗透通量。
比较例1：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为98.6％，渗透通量为71.321L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为95.2％，渗透通量89.56L/(m2·h)。
实施例1：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯和0.02wt％活性单体A有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为97.75％，渗透通量为77.43L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为97.61％，渗透通量为78.45L/(m2·h)。
实施例2：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯和0.04wt％活性单体A有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为97.08％，渗透通量为64.19L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为96.88％，渗透通量为65.21L/(m2·h)。
实施例3：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯和0.06wt％活性单体A有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为96.72％，渗透通量为58.07L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为96.33％，渗透通量为60.11L/(m2·h)。
实施例4：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯和0.08wt％活性单体A有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为93.65％，渗透通量为54L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为93.35％，渗透通量为55L/(m2·h)。
实施例5：
聚酰胺脱盐层的制备：首先将2.0wt％的间苯二胺、4wt％的樟脑磺酸溶解于纯水中，然后用三乙胺将溶液pH调至10得到水相溶液；之后将水相溶液与聚砜多孔支撑层接触5min；沥干吸附在其表面的水滴后，再将其与含0.1wt％的均苯三甲酰氯和0.1wt％活性单体A有机相溶液(溶剂为美孚公司的isopar G异构烷烃)充分接触反应30s后得到聚酰胺初生态膜；将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min；最后用去离子水对复合膜进行漂洗，即可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
得到的反渗透膜的初始脱盐率为92.83％，渗透通量为46.87L/(m2·h)，经过甲醇水溶液进行耐甲醇性评价后其脱盐率为92.8％，渗透通量为46.87L/(m2·h)。

Claims (4)

1.一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜，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活性单体A互溶到活性聚酰胺层；
所述活性单体A中的反应物为聚异丁烯胺，其所含结构单元如下：
Figure FDA0003567740570000011
其中，Y为13～18，重均分子量为800～1200。
2.如权利要求1所述的一种耐甲醇聚酰胺反渗透膜，其特征在于：所述的活性聚酰胺层由间苯二胺和均苯三甲酰氯组成。
3.一种权利要求1或2所述耐甲醇聚酰胺反渗透膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将多孔支撑层与水相溶液接触形成水相液层，然后将所述的水相液层与含均苯三甲酰氯的有机相溶液接触进行界面聚合反应，之后进行热处理和漂洗，以在多孔支撑层上形成聚酰胺脱盐层，所述有机相溶液中互溶有活性单体A。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)水相溶液配置：在纯水中加入间苯二胺和樟脑磺酸，磁力搅拌至完全溶解和均匀，用三乙胺调整水相溶液的pH为10；
(2)有机相溶液配置：在有机溶剂中依次加入均苯三甲酰氯单体、活性单体A，搅拌均匀，溶解完全，其中均苯三甲酰氯浓度为0.06-1wt％，活性单体A的浓度为0.01-0.1wt％；
(3)界面聚合反应：将多孔支撑层放于配置好的水相溶液中，待其充分接触5min后，沥干吸附在其表面的水滴后，再放于配置好的有机相溶液中，待其充分30s后得到聚酰胺初生态膜；
(4)热处理：将制得的聚酰胺初生态膜在80℃的条件下进行热空气烘干，热处理时间为10min。
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GR01 Patent grant
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