CN113041841B - 一种抗污染浓水隔网的制备方法及应用 - Google Patents

一种抗污染浓水隔网的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗污染浓水隔网的制备方法及应用，所述方法包括以下步骤：1)配制溶液A：将多氮杂环多羧酸溶于水中，配制成质量浓度0.01‑0.1％的溶液A；2)配制溶液B：将交联剂溶于水中，配制成质量浓度0.1‑1％的溶液，记为溶液B；3)将溶液A与溶液B按质量比1：1进行混合，并调pH至2‑4，将浓水隔网浸入混合液中，处理得到抗污染浓水隔网。本发明选用的多氮杂环多羧酸结构具有反应性氨基与羧基，将其通过交联剂固定在浓水隔网表面可引入亲水抗污的羧基基团，并通过多氮杂环多羧酸自身独特的立体笼状结构，使浓水隔网的表面形成稳定的水合层，极大地提高浓水隔网的抗污染性。

Description

一种抗污染浓水隔网的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种浓水隔网，尤其涉及一种抗污染浓水隔网的制备方法及应用。
背景技术
卷式膜元件广泛应用于工业水处理、海水淡化、物料分离等领域。通常，卷式膜元件主要由膜片、产水导流布、浓水隔网等螺旋卷制在中心管上。其中，浓水隔网因直接与浓水接触，成为影响卷式膜元件性能的主要元件，通常占卷式膜元件抗污染能力的50％以上。目前，浓水隔网主要由聚丙烯制成，而聚丙烯疏水性强，容易引起一些污染物的沉积。当大量污染物沉积在浓水隔网之间时，会引起膜元件进出水压差增大、堵塞进水流道，降低卷式膜元件的过滤效率。因此，增强浓水隔网的抗污染能力成为提高卷式膜元件抗污染性能的关键。
专利CN102941019A公开了一种提高反渗透膜元件抗污染性的方法，是通过强氧化剂对浓水流道网进行氧化处理来增强反渗透膜元件的抗污染性能。而浓水流道网材质通常为聚丙烯等惰性很强的材料，很难在短时间内氧化其表面，因此耗时长、费用高，不利于实现大规模生产。
专利CN106365253A公开了抗污染浓水流道网的制备方法，通过在浓水流道网表面涂覆交联的PVA抗污染涂层增加浓水流道网的抗污染性，提高卷式膜元件的抗污染能力。但PVA为多羟基结构，其亲水性有限。
因此，寻找一种更强亲水性的材料对浓水隔网进行改性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗污染浓水隔网的制备方法。本发明选用的多氮杂环多羧酸结构具有反应性氨基与羧基，将其通过交联剂固定在浓水隔网表面可引入亲水抗污的羧基基团，并通过多氮杂环多羧酸自身独特的立体笼状结构，使浓水隔网的表面形成稳定的水合层，极大地提高浓水隔网的抗污染性。
本发明的另一个目的在于提供一种抗污染浓水隔网在卷式膜元件中的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种抗污染浓水隔网的制备方法，包括以下步骤：
1)配制溶液A：将多氮杂环多羧酸溶于水中，配制成质量浓度0.01-0.1％的溶液A；
2)配制溶液B：将交联剂溶于水中，配制成质量浓度0.1-1％的溶液，记为溶液B；
3)将溶液A与溶液B按质量比1：1进行混合，并调pH至2-4，将浓水隔网完全浸入混合液中，处理得到抗污染浓水隔网。
进一步地，所述多氮杂环多羧酸为2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸、2-S-(4-氨基苯)-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸中的一种或两种。
进一步地，所述交联剂为甲醛、乙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
进一步地，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中的处理温度为35-50℃。
进一步地，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中的处理时间为1-10min。
进一步地，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中处理完成后，置于60-90℃烘箱中烘干。
进一步地，所述浓水隔网由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯中的任一种或几种制成。
本发明还提供一种前文所述方法制备的抗污染浓水隔网在卷式膜元件中的应用。
本发明方法制备的浓水隔网具有显著提高的抗污染性，并且制备方法简单，原料来源广，易于工业化。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，本发明所述实施例只是作为对本发明的说明，不限制本发明的范围。
以下对本发明实施例或对比例中用到的测试方法进行说明：
本发明中浓水网分离性能测定采用的方法为：将所制备的抗污染浓水隔网卷制成8040型规格的膜元件，有效膜面积为365ft2，然后将其装入测试反渗透膜元件的压力容器中，进行抗污染性能测试。
本评价方法通过配制测试用进料液尽可能地模拟了反渗透膜元件在实际使用期间所面临的污染，另外通过以下公式计算膜元件通量衰减降幅度大小，即污染后膜的通量(F1)与起始通量(F0)之比，如式(1)所示：
Figure BDA0002985787340000031
然后通过化学清洗计算通量恢复程率，即清洗后膜的通量(F2)与起始通量(F0)之比，如式(2)所示：
Figure BDA0002985787340000032
上述方法可定量计算反渗透膜元件的抗污染程度，即在污染物存在的情况下，膜通量衰减降幅度越大，膜元件的抗污染性能越差；膜元件经过清洗后，通量的恢复率越低，膜的抗污染性能越差。
为了更好地理解本测试方法，将抗污染性能的评价步骤简要描述如下：
(1)模拟污染物溶液的配制：取0.45kg异构烷烃isoparG和0.05kg十二烷基硫酸钠加入到99.5kg水中，在超声池中分散30分钟，得到乳液；将氯化钠加入到配制的油乳液中，使氯化钠浓度为2000ppm，再用1.0mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH至7.5±0.5，作为测试用进料液。
(2)将膜元件的测试压力设置为1.55MPa，进料液温度为25℃进行抗污染性能测试；运行30min中后取样测试通量衰减率和通量回复率。
(3)膜元件清洗方法：分别配制pH＝2的HCl溶液和pH＝12的NaOH溶液，置于酸洗槽和碱洗槽中，作为污染后膜元件的化学清洗液；将污染后的膜元件首先通过pH＝12的NaOH溶液错流冲洗0.5h后，随后用pH＝2的HCl溶液错流清洗0.5h，最后用纯水错流冲洗至洗出液呈中性。
原材料信息：
浓水隔网采购于上海泽达过滤材料有限公司。产品型号3409-90PP-NAT，厚度34mil，材质PP，颜色：本色，角度90°。
2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸、2-S-(4-氨基苯)-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸均采购至美国AREVAMED公司。
交联剂乙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛、乙二醇二缩水甘油醚，盐酸采购自科密欧化学。
PVA分子量为10000道尔顿、醇解度为85％，采购自阿拉丁化学。
【实施例1】
(1)取2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸溶解于水中，配制成质量浓度为0.01％的溶液A；
(2)取戊二醛溶解于水中，配制成质量浓度为0.1％的溶液B；
(3)将溶液A、B等质量混合(各取3kg)，用盐酸调节混合溶液pH＝2。调节混合溶液温度为35℃，将浓水隔网完全浸没于混合溶液中，处理5min，然后取出，70℃烘箱中烘干。
【实施例2】
按照实施例1中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：将2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸替换为2-S-(4-氨基苯)-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸，溶液A质量浓度不变。
【实施例3】
按照实施例1中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：步骤(1)中配制成质量浓度为0.06％的溶液A，与溶液B混合后调节混合溶液温度为40℃，将浓水隔网完全浸没于混合溶液中处理2min。
【实施例4】
按照实施例1中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：步骤(1)中配制成质量浓度为0.08％的溶液A，与溶液B混合后调节混合溶液温度为45℃，将浓水隔网完全浸没于混合溶液中处理10min。
【实施例5】
按照实施例1中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：步骤(1)中配制成质量浓度为0.04％的溶液A，与溶液B相混合后调节混合溶液pH为3。
【实施例6】
按照实施例4中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：将步骤(2)中戊二醛替换为乙二醛，并配制成质量浓度为0.4％的溶液B，与溶液A相混合后调节混合溶液pH为4。
【实施例7】
按照实施例4中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：将步骤(2)中戊二醛替换为己二醛，并配制成质量浓度为1％的溶液B，与溶液A相混合后调节混合溶液pH为3。
【实施例8】
按照实施例4中方法准备改性混合溶液并处理浓水隔网，区别仅在于：将2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸替换为2-S-(4-氨基苯)-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸，并配制成质量浓度为0.01％的溶液A；将步骤(2)中戊二醛替换为乙二醛，并配制成质量浓度为0.6％的溶液B，然后溶液A、B相混合，调节pH为4。
【对比例1】
(1)配制PVA质量浓度为1％的水溶液；
(2)配制戊二醛、盐酸质量浓度均为1％的交联剂水溶液；
(3)按照质量比为1:1的比例(各取3kg)混合PVA水溶液和交联剂水溶液，将浓水隔网浸没到溶液中5min后取出，放入70℃的烘箱中烘干。
【对比例2】
按照实施例1中方法准备浓水隔网，但将浸泡用的混合溶液替换为纯水。
使用不同实施例、对比例准备的浓水隔网卷制8040型规格的膜元件，进行抗污性能测试，测试结果如表1所示：
表1、性能测试结果
Figure BDA0002985787340000071
从实施例及对比例的测试结果可以看出，采用不同牌号、不同浓度多氮杂环多羧酸制备的抗污染浓水隔网，膜元件的通量衰减明显优于对比例，且通量恢复率高于对比例，说明不同浓度多氮杂环多羧酸改性后，制备的浓水隔网在膜元件中具有良好的抗污染性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制溶液A：将多氮杂环多羧酸溶于水中，配制成质量浓度0.01-0.1％的溶液A；
2)配制溶液B：将交联剂溶于水中，配制成质量浓度0.1-1％的溶液，记为溶液B；
3)将溶液A与溶液B按质量比1：1进行混合，并调pH至2-4，将浓水隔网浸入混合液中，处理得到抗污染浓水隔网；
所述多氮杂环多羧酸为2-S-(4-氨基苯)-1,4,7,10-四氮杂环壬烷-1,4,7,10-四乙酸、2-S-(4-氨基苯)-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，所述交联剂为甲醛、乙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中的处理温度为35-50℃。
4.根据权利要求3所述的抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中的处理时间为1-10min。
5.根据权利要求1所述的抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，步骤3)中浓水隔网浸入混合液中处理完成后，置于60-90℃烘箱中烘干。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抗污染浓水隔网的制备方法，其特征在于，所述浓水隔网由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯中的任一种或几种制成。
7.一种如权利要求1-6任一项所述方法制备的抗污染浓水隔网在卷式膜元件中的应用。
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