CN112642298A - 一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于膜元件表面改性技术领域，尤其是涉及一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置。本发明提供一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置，以盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液为改性剂，采用反渗透膜元件表面改性装置，通过多巴胺‑聚乙烯亚胺共沉积的方式，在反渗透膜元件表面形成共沉积层，对待改性的反渗透膜元件进行表面改性。采用本发明所提供的反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置改性后的反渗透膜元件表面具有聚多巴胺‑聚乙烯亚胺共沉积层，具有很强的亲水性和亲核性，能有效改善反渗透膜元件的产水量、抗污染性和耐氯性。
Description
技术领域
本发明属于膜元件表面改性技术领域，尤其是涉及一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置。
背景技术
在反渗透法海水淡化工程中，反渗透膜元件购置费用约占工程总投资的10％，反渗透膜元件脱盐过程消耗的能量约占工程总能耗的70％。提高反渗透膜脱盐率，产水量，抗污染性和耐氯性对于降低反渗透法海水淡化工程设备投资、产水能耗和产水成本具有非常重要而现实的意义。大量的科学研究通过表面涂覆法、化学沉积法、二次界面聚合法、表面接枝法等方法对反渗透膜的表面进行改性，提高反渗透膜的脱盐性能、抗污染性和耐氯性。其中表面涂覆法或化学沉积法是将改性剂涂覆或沉积在反渗透膜的表面，是工程实践中较易实现的表面改性方法。
然而，目前尚没有公开的适用于反渗透膜元件表面改性的方法或装置相关的专利。已公开的基于多巴胺表面沉积的反渗透膜改性方法(具有聚多巴胺涂层的改进的膜，ZL201280023166.4)采用氧气或空气中的氧气，诱导多巴胺发生氧化、自聚合反应，从而沉积在反渗透膜的表面。该反渗透膜改性方法，在改性液中鼓入氧气或空气，会残留或吸附在反渗透膜元件表面，在高压下对反渗透膜元件造成不可逆的损伤，是种适用于反渗透膜片，而不适用于反渗透膜元件的改性方法。
因此，需要一种适用于反渗透膜元件表面沉积改性的方法及其装置，实现反渗透膜元件脱盐率，产水量，抗污染性和耐氯性的改善。
发明内容
本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂，其特征在于：所述反渗透膜元件表面共沉积改性剂由盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液组成。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述反渗透膜元件表面共沉积改性剂中：盐酸多巴胺为0.1～5.0g/L，聚乙烯亚胺与盐酸多巴胺同浓度，三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中三羟甲基氨基甲烷的摩尔浓度为5～50mmol/L。
本发明的第二个目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种反渗透膜元件表面共沉积改性方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种反渗透膜元件表面共沉积改性方法，其特征在于：所述反渗透膜元件表面共沉积改性方法包括如下步骤：
(1)将盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺溶解于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中以形成反渗透膜元件表面共沉积改性剂，并用盐酸或者氢氧化钠调节缓冲溶液的pH至7.5～9.5，将待表面改性的反渗透膜元件装填入反渗透膜元件表面改性装置的反渗透压力容器内；将改性剂加入至反渗透膜元件表面改性装置的改性剂箱内，打开改性剂箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行10～120min，停止低压泵，并关闭改性剂箱上的所有电动球阀；
(2)将纯水加入至反渗透膜元件表面改性装置的冲洗水箱内，打开冲洗水箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行20～60min，停止低压泵，并关闭冲洗水箱上的所有电动球阀；
(3)配置标准盐溶液，并调节溶液温度为25℃，pH为8，将该标准盐溶液加入至反渗透膜元件表面改性装置的测试液箱内，打开测试液箱上的所有电动球阀，逐步开启低压泵、高压泵，并将反渗透压力容器的入口压力和反渗透膜元件回收率调节至适用于上述反渗透膜元件的特定值，运行20～60min，记录仪表数据，计算已表面改性的反渗透膜元件产水量与脱盐率，停泵，关闭测试液箱上的所有电动球阀；
反渗透膜元件表面改性装置包括改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱，所述改性剂箱内用于容纳改性反渗透膜元件表面的改性剂，所述冲洗水箱内用于容纳冲洗水，所述测试液箱内用于容纳标准盐溶液，所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱上均设有进水口、浓水回流口、产水回流口、出水口和排放口；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口之间形成并联并经管道与反渗透压力容器的入口相连通，所述反渗透压力容器内容纳待表面改性的反渗透膜元件；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口与反渗透压力容器的入口之间的连接管道上依次设置低压泵、保安滤器和高压泵，所述反渗透压力容器的浓水出口、产水出口分别与改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口相连通；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口和出水口的管道上分别设有电动球阀，所述电动球阀均由电控柜控制。
本发明的还有一个目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种反渗透膜元件表面改性装置。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述反渗透膜元件表面改性装置包括改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱，所述改性剂箱内用于容纳改性反渗透膜元件表面的改性剂，所述冲洗水箱内用于容纳冲洗水，所述测试液箱内用于容纳标准盐溶液，所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱上均设有进水口、浓水回流口、产水回流口、出水口和排放口；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口之间形成并联并经管道与反渗透压力容器的入口相连通，所述反渗透压力容器内容纳待表面改性的反渗透膜元件；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口与反渗透压力容器的入口之间的连接管道上依次设置低压泵、保安滤器和高压泵，所述反渗透压力容器的浓水出口、产水出口分别与改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口相连通；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口和出水口的管道上分别设有电动球阀，所述电动球阀均由电控柜控制。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的排放口的管道上分别设有手动球阀，所述反渗透压力容器的产水排放管道上设有手动球阀，所述反渗透压力容器的浓水排放管道上设有手动球阀。
作为本发明的优选技术方案：所述保安滤器和高压泵之间的连接管道上依次设有第一电导仪、第一压力表和低压开关。
作为本发明的优选技术方案：所述高压泵与反渗透压力容器之间的连接管道上依次设有止回阀、手动球阀和第二压力表。
作为本发明的优选技术方案：所述反渗透压力容器的产水管道上依次设有高压开关、第二电导仪、第一流量计和手动球阀。
作为本发明的优选技术方案：所述反渗透压力容器的浓水管道上依次设有手动调节阀、第三压力表、第二流量计和手动球阀。
作为本发明的优选技术方案：所述反渗透膜元件表面改性装置设置在机架上，所述机架底部设有万向轮。
本发明提供一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法及装置，具有如下有益效果：
通过多巴胺和聚乙烯亚胺在反渗透膜元件的表面共沉积，无需采用氧气或者空气中的氧气来诱导多巴胺发生氧化、自聚合反应而沉积在反渗透膜的表面，不会对反渗透膜元件造成任何损伤，能够有效地适用于反渗透膜元件；此外，本发明所提供的反渗透膜元件表面改性装置，通过电控柜控制切换改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口的管道上各自的电动球阀，分别实现反渗透膜元件表面改性、表面冲洗和性能测试，具有设计合理、结构简单、高效实用的效果，且易于实现规模化生产；经本发明所提供的反渗透膜元件表面共沉积改性剂、改性方法所改性的反渗透膜元件表面具有聚多巴胺-聚乙烯亚胺共沉积层，具有很强的亲水性，能有效地改善反渗透膜元件的产水量和抗污染性，此外，在反渗透膜元件表面上形成的聚多巴胺-聚乙烯亚胺共沉积层具有很强的亲核性，能够作为游离氯氧化牺牲层，有效地改善反渗透膜元件的耐氯性。
附图说明
图1为本发明所提供的反渗透膜元件表面改性装置的框图。
图2为本发明所提供的反渗透膜元件表面改性装置的正视图。
图3为本发明所提供的反渗透膜元件表面改性装置的正视图的上部透视图。
图4为本发明所提供的反渗透膜元件表面改性装置的侧视图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种反渗透膜元件表面改性装置，包括改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130，改性剂箱110内用于容纳改性反渗透膜元件表面的改性剂，冲洗水箱120内用于容纳冲洗水，测试液箱130内用于容纳标准盐溶液，改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130上均设有进水口、浓水回流口、产水回流口、出水口和排放口；改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130的出水口之间形成并联并经管道与反渗透压力容器140的入口相连通，反渗透压力容器140内容纳待表面改性的反渗透膜元件；改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130的出水口与反渗透压力容器140的入口之间的连接管道上依次设置低压泵151、保安滤器152和高压泵153，反渗透压力容器140的浓水出口、产水出口分别与改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130的浓水回流口、产水回流口相连通。
改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130的浓水回流口、产水回流口和出水口的管道上分别设有电动球阀，电动球阀均由电控柜160控制。
改性剂箱110、冲洗水箱120和测试液箱130的排放口的管道上分别设有手动球阀，反渗透压力容器140的产水排放管道上设有手动球阀，反渗透压力容器140的浓水排放管道上设有手动球阀。
保安滤器和高压泵153之间的连接管道上依次设有电导仪CI、压力表PI和压力开关PS，这里为低压开关。
高压泵153与反渗透压力容器140之间的连接管道上依次设有止回阀153a、手动球阀和压力表PI。
反渗透压力容器140的产水管道上依次设有压力开关PS、电导仪CI、流量计FI和手动球阀。
反渗透压力容器140的浓水管道上依次设有手动调节阀、压力表PI、流量计FI和手动球阀。
在本实施例中：反渗透膜元件表面改性装置设置在机架200上，机架200底部设有万向轮201。
一种反渗透膜元件表面共沉积改性方法，包括如下步骤：
(1)改性：将2.0g/L盐酸多巴胺和2.0g/L聚乙烯亚胺溶解于50mmol/L三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中以形成反渗透膜元件表面共沉积改性剂，并用盐酸或者氢氧化钠调节缓冲溶液的pH至8.5，将待表面改性的反渗透膜元件BW30-400装填入反渗透膜元件表面改性装置的反渗透压力容器内；将改性剂加入至反渗透膜元件表面改性装置的改性剂箱内，打开改性剂箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行30min，停止低压泵，并关闭改性剂箱上的所有电动球阀；
(2)冲洗：将纯水加入至反渗透膜元件表面改性装置的冲洗水箱内，打开冲洗水箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行30min，停止低压泵，并关闭冲洗水箱上的所有电动球阀；
(3)测试：配置2000ppm氯化钠溶液，并调节溶液温度为25℃，pH为8，将该标准盐溶液加入至反渗透膜元件表面改性装置的测试液箱内，打开测试液箱上的所有电动球阀，逐步开启低压泵、高压泵，并将反渗透压力容器的入口压力调节至15.5bar，反渗透膜元件回收率调至15％，运行30min，记录仪表数据，计算已表面改性的反渗透膜元件产水量与脱盐率，停泵，关闭测试液箱上的所有电动球阀。
此外，也可以在反渗透膜元件改性前，先对未改性的反渗透膜元件进行测试，然后进行改性。通过对改性后的反渗透膜元件进行测试，以此在同一个反渗透膜元件表面改性装置内能够实现反渗透膜元件改性前后性能的测试与对比。
测试结果表明，待表面改性的反渗透膜元件BW30-400经上述反渗透膜元件表面共沉积改性方法改性后，产水量由40m3/d提高到50m3/d，提高了25％，脱盐率由99.4％提高到99.5％，无显著变化。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种反渗透膜元件表面共沉积改性剂，其特征在于：所述反渗透膜元件表面共沉积改性剂由盐酸多巴胺、聚乙烯亚胺和三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液组成。
2.根据权利要求1所述的反渗透膜元件表面共沉积改性剂，其特征在于：所述反渗透膜元件表面共沉积改性剂中：盐酸多巴胺为0.1～5.0g/L，聚乙烯亚胺与盐酸多巴胺同浓度，三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中三羟甲基氨基甲烷的摩尔浓度为5～50mmol/L。
3.一种反渗透膜元件表面共沉积改性方法，其特征在于：所述反渗透膜元件表面共沉积改性方法包括如下步骤：
(1)将盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺溶解于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中以形成反渗透膜元件表面共沉积改性剂，并用盐酸或者氢氧化钠调节缓冲溶液的pH至7.5～9.5，将待表面改性的反渗透膜元件装填入反渗透膜元件表面改性装置的反渗透压力容器内；将改性剂加入至反渗透膜元件表面改性装置的改性剂箱内，打开改性剂箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行10～120min，停止低压泵，并关闭改性剂箱上的所有电动球阀；
(2)将纯水加入至反渗透膜元件表面改性装置的冲洗水箱内，打开冲洗水箱上的所有电动球阀，开启低压泵，运行20～60min，停止低压泵，并关闭冲洗水箱上的所有电动球阀；
(3)配置标准盐溶液，并调节溶液温度为25℃，pH为8，将该标准盐溶液加入至反渗透膜元件表面改性装置的测试液箱内，打开测试液箱上的所有电动球阀，逐步开启低压泵、高压泵，并将反渗透压力容器的入口压力和反渗透膜元件回收率调节至适用于上述反渗透膜元件的特定值，运行20～60min，记录仪表数据，计算已表面改性的反渗透膜元件产水量与脱盐率，停泵，关闭测试液箱上的所有电动球阀；
反渗透膜元件表面改性装置包括改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱，所述改性剂箱内用于容纳改性反渗透膜元件表面的改性剂，所述冲洗水箱内用于容纳冲洗水，所述测试液箱内用于容纳标准盐溶液，所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱上均设有进水口、浓水回流口、产水回流口、出水口和排放口；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口之间形成并联并经管道与反渗透压力容器的入口相连通，所述反渗透压力容器内容纳待表面改性的反渗透膜元件；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口与反渗透压力容器的入口之间的连接管道上依次设置低压泵、保安滤器和高压泵，所述反渗透压力容器的浓水出口、产水出口分别与改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口相连通；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口和出水口的管道上分别设有电动球阀，所述电动球阀均由电控柜控制。
4.一种反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述反渗透膜元件表面改性装置包括改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱，所述改性剂箱内用于容纳改性反渗透膜元件表面的改性剂，所述冲洗水箱内用于容纳冲洗水，所述测试液箱内用于容纳标准盐溶液，所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱上均设有进水口、浓水回流口、产水回流口、出水口和排放口；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口之间形成并联并经管道与反渗透压力容器的入口相连通，所述反渗透压力容器内容纳待表面改性的反渗透膜元件；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的出水口与反渗透压力容器的入口之间的连接管道上依次设置低压泵、保安滤器和高压泵，所述反渗透压力容器的浓水出口、产水出口分别与改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口相连通；所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的浓水回流口、产水回流口和出水口的管道上分别设有电动球阀，所述电动球阀均由电控柜控制。
5.根据权利要求4所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述改性剂箱、冲洗水箱和测试液箱的排放口的管道上分别设有手动球阀，所述反渗透压力容器的产水排放管道上设有手动球阀，所述反渗透压力容器的浓水排放管道上设有手动球阀。
6.根据权利要求4所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述保安滤器和高压泵之间的连接管道上依次设有第一电导仪、第一压力表和低压开关。
7.根据权利要求4所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述高压泵与反渗透压力容器之间的连接管道上依次设有止回阀、手动球阀和第二压力表。
8.根据权利要求4所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述反渗透压力容器的产水管道上依次设有高压开关、第二电导仪、第一流量计和手动球阀。
9.根据权利要求4所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述反渗透压力容器的浓水管道上依次设有手动调节阀、第三压力表、第二流量计和手动球阀。
10.根据权利要求4-9中任意一项所述的反渗透膜元件表面改性装置，其特征在于：所述反渗透膜元件表面改性装置设置在机架上，所述机架底部设有万向轮。
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- 2020-12-03 CN CN202011407427.5A patent/CN112642298A/zh active Pending
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