CN113368693A - 一种高通量反渗透膜的制备方法 - Google Patents

一种高通量反渗透膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高通量反渗透膜的制备方法，涉及反渗透复合膜技术领域。该高通量反渗透膜的制备方法，包括如下制备过程：在聚砜底膜上，先涂覆含有多元胺和高浓度金属盐离子的水相溶液，待阴干后，再涂覆多元酰氯溶解于Isopar G中的高分子油相溶液，然后将经过涂覆的膜在一定的温度下进行后处理，最后得到了高通量反渗透膜，其中涂覆液的水相溶液中含有溶于水的添加剂。通过界面聚合的方法，不需要改变或增加常规复合分离膜的制备工序，即可在常规条件下即可实现高水通量反渗透膜的制备，而且相对于现有技术本专利既保持了良好截留率，又大大提升了水通量，重现性较好，制备成本低廉。

Description

一种高通量反渗透膜的制备方法
技术领域
本发明涉及反渗透复合膜技术领域，具体为一种高通量反渗透膜的制备方法。
背景技术
1953年初美国佛罗里达大学的Reid教授在美国盐水局首先提出了反渗透获取淡水的方案，1957年先后他们报告了醋酸纤维素膜对盐有96％的脱除率，但是，这种膜的透水通量很低，在10MPa下只有1L/m2•h。1960年Loeb和Sourirajan研制出了不对称膜的制造法，所制得的膜在10MPa下，对盐的脱除率为98.6％，而透水通量增加了约10倍，达10.8L/m2•h。从那以后降低跨膜压差，增大水通量一直成为脱盐膜追求高性能的最主要的目标。70年代末J.E.Cadotte聚合制备了第一张复合膜，成为低压高通量脱盐膜发展的里程碑。目前的超低压反渗透或纳滤膜的操作压力小于0.5MPa，而水通量在30～60 L/m2•h。
研制超低压高通量反渗透复合膜是学者们研究复合膜的一个重要目标。反渗透的研究在国外已取得比较理想的成果，已有很多品种的反渗透膜产品问世。我国反渗透膜材料发展主要依靠自主研发。近年来虽然取得了较大进步，但与国外相比还有较大差距，主要表现在材料品种较少，制膜工艺还有待提高，部分研究成果只能停留在实验室阶段而难以实现工业化等，且目前在提高膜性能方面利用现有膜材料而改进膜组件制备方面研究较多，新的膜材料及材料改性研究开发相对较少，所以目前国内对低压高通量的反渗透复合膜的研制和开发仍有局限。有研究表明，金属离子对酰胺键具有增塑作用，因此本发明中，在界面聚合的水相中添加高浓度的金属盐离子，以此来影响聚酰胺之间的氢键，增大聚酰胺分子间的间隙，从而增加了反渗透膜的水通量。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高通量反渗透膜的制备方法，解决了现有市场中缺乏高性价比高通量反渗透膜的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高通量反渗透膜的制备方法，包括如下制备过程：
在聚砜底膜上，先涂覆含有多元胺和高浓度金属盐离子的水相溶液，待阴干后，再涂覆多元酰氯溶解于Isopar G中的高分子油相溶液，然后将经过涂覆的膜在一定的温度下进行后处理，最后得到了高通量反渗透膜，其中涂覆液的水相溶液中含有溶于水的添加剂。
优选的，所述Isopar G为一种异构烷烃溶剂。
优选的，所述水相溶液中的多元胺为间苯二胺、哌嗪和聚乙烯亚胺中的一种或多种，且在水相溶液中的质量百分比为0.1%～5.0%。
优选的，所述高浓度金属盐离子的质量浓度为5%～20%，所述金属盐为氯化钠、氯化镁、氯化锂、氯化钙、硫酸镁、硫酸钠、氯化钾、氯化铁和氯化铜中的一种或多种。
优选的，所述水相溶液中的添加剂为甘油、聚乙二醇和聚乙烯吡络烷酮，其质量百分比为0.1～10%。
优选的，所述高分子油相溶液的高分子溶质为均苯三甲酰氯、己二酰氯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，其质量百分比为0.1%～5.0%。
优选的，所述处理温度为50℃～100℃。
（三）有益效果
本发明提供了一种高通量反渗透膜的制备方法。具备以下有益效果：
本发明，通过界面聚合的方法，不需要改变或增加常规复合分离膜的制备工序，即可在常规条件下即可实现高水通量反渗透膜的制备，而且相对于现有技术本专利既保持了良好截留率，又大大提升了水通量，重现性较好，制备成本低廉。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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做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。
实施例一：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置2%的间苯二胺水溶液并加入5%的氯化钠，混合均匀，再配置0.2%的均苯三甲酰氯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在90℃烘箱中处理2min。
由此法制备的反渗透膜在测试压力为0.69MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为氯化钠水溶液，浓度为500ppm测试条件中，测定其水通量为98L/m2•h，脱盐率为99.5%。
实施例二：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置3%的间苯二胺水溶液并加入20%的氯化钙，混合均匀，再配置0.2%的均苯三甲酰氯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干地膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在90℃烘箱中处理2min。
由此法制备的反渗透膜在测试压力为0.69MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为氯化钠水溶液，浓度为500ppm测试条件中，测定其水通量为102L/m2•h，脱盐率为99.4%。
实施例三：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置0.2%的哌嗪水溶液并加入15%的氯化钠，混合均匀，再配置0.2%的均苯三甲酰氯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在80℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.49MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为138L/m2•h，脱盐率为99.3%。
实施例四：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置0.2%的哌嗪水溶液并加入15%的硫酸镁，混合均匀，再配置0.2%的六亚甲基二异氰酸酯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在90℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.49MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为141L/m2•h，脱盐率为99.4%。
实施例五：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置2.5%的聚乙烯亚胺水溶液并加入10%的氯化锂，混合均匀，再配置0.2%的均苯三甲酰氯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在85℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.52MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为118L/m2•h，脱盐率为99.3%。
实施例六：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置2%的聚乙烯亚胺水溶液并加入12%的氯化铜，混合均匀，再配置0.1%的己二酰氯油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在80℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.52MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为121L/m2•h，脱盐率为99.32%。
实施例七：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置1.5%间苯二胺水溶液和2.5%哌嗪水溶液，并加入5%氯化铁和5%硫酸钠，混合均匀，再配置0.1%的苯三甲酰氯和0.5%己二酰氯混合的油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在65℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.58MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为氯化钠浓度为500ppm的实验条件下，测定其水通量为85L/m2•h，脱盐率为99.15%。
实施例八：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置2.5%间苯二胺水溶液和2.5%聚乙烯亚胺水溶液，并加入3%氯化钙、8%氯化钾和5%硫酸钠，混合均匀，再配置0.1%的苯三甲酰氯和1.5%六亚甲基二异氰酸酯混合的油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在100℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.62MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为128L/m2•h，脱盐率为99.35%。
实施例九：
本发明实施例提供一种高通量反渗透膜的制备方法，配置1%间苯二胺水溶液、1.5%哌嗪水溶液和2.5%聚乙烯亚胺水溶液，并加入各占5%的氯化镁、硫酸镁、氯化铁和氯化铜，混合均匀，再配置1%的苯三甲酰氯、2%己二酰氯和2%六亚甲基二异氰酸酯混合的油相溶液，先在聚砜底膜上涂覆水相溶液，20s后倒掉多余的溶液，阴干，再将油相溶液涂覆在阴干的膜上，20s后，倒掉多余的溶液，并在50℃烘箱中处理2min。
由此法制备的纳滤膜在测试压力为0.72MPa，浓水流量为1.0GPM，环境温度均为25℃，浓水pH值均为6.5～7.5，浓水为硫酸镁浓度为2000ppm的实验条件下，测定其水通量为115L/m2•h，脱盐率为99.15%。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于，包括如下制备过程：
在聚砜底膜上，先涂覆含有多元胺和高浓度金属盐离子的水相溶液，待阴干后，再涂覆多元酰氯溶解于Isopar G中的高分子油相溶液，然后将经过涂覆的膜在一定的温度下进行后处理，最后得到了高通量反渗透膜，其中涂覆液的水相溶液中含有溶于水的添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述Isopar G为一种异构烷烃溶剂。
3.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述水相溶液中的多元胺为间苯二胺、哌嗪和聚乙烯亚胺中的一种或多种，且在水相溶液中的质量百分比为0.1%～5.0%。
4.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述高浓度金属盐离子的质量浓度为5%～20%，所述金属盐为氯化钠、氯化镁、氯化锂、氯化钙、硫酸镁、硫酸钠、氯化钾、氯化铁和氯化铜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述水相溶液中的添加剂为甘油、聚乙二醇和聚乙烯吡络烷酮，其质量百分比为0.1～10%。
6.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述高分子油相溶液的高分子溶质为均苯三甲酰氯、己二酰氯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，其质量百分比为0.1%～5.0%。
7.根据权利要求1所述的一种高通量反渗透膜的制备方法，其特征在于：所述处理温度为50℃～100℃。
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