CN114768543A - 一种抗污染反渗透膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反渗透膜制备技术领域，提供一种抗污染反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：通过乳液聚合合成将聚N,N‑二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面；将接枝好的所述TiO2的颗粒加入基膜铸膜液中，将基膜铸膜液均匀涂覆在基膜上；在基膜的表面先浸泡多元胺溶液和多元酰氯溶液，通过相转化法制得复合反渗透膜；在复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜。本发明制备方法简单，改性工艺条件温和，重现性好，制备出的反渗透膜具有抗污染、杀菌、高通量的特点，并保持良好的脱盐率。

Description

一种抗污染反渗透膜的制备方法
技术领域
本发明涉及反渗透膜制备技术领域，具体而言，涉及一种抗污染反渗透膜的制备方法。
背景技术
反渗透膜分离技术作为一种新型的高效分离、提纯、浓缩、净化技术，近年来发展迅速，广泛用于纯水制备、废水处理和海水淡化等行业。在实际应用中，反渗透技术面临的主要问题是通量和脱盐率存在trade-off关系、膜污染以及容易氧化。
其中，反渗透膜在被污染后，杂质会吸附、沉积在膜的表面，从而使通量衰减、脱盐率下降，系统的运行成本大幅增加。
纳米TiO2是目前用于制备反渗透膜自清洁涂层的重要材料，但是纳米TiO2粒子间易发生团聚，并且与聚合物的相容性较差。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗污染反渗透膜的制备方法，解决纳米TiO2粒子间的团聚问题，制备具有抗污染、杀菌、高通量的反渗透膜。
目前有学者研究将聚合物涂覆于反渗透膜表面，提高反渗透膜的抗生物污染能力，胍基聚合物是一种高效、广谱、无毒的杀菌剂，但是利用胍基用于反渗透膜抗菌的研究还少。
本发明利用乳液聚合合成方法将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯 (PDMAEMA)接枝到纳米TiO2表面，解决纳米TiO2粒子间的团聚问题，提高纳米TiO2粒子在基膜铸膜液中的分散度，提高基膜的亲水性。再将胍基化聚乙烯亚胺涂覆于反渗透膜表面，利用胍基抗菌，提高膜抗生物污染能力，制备具有抗污染、杀菌、高通量的反渗透膜。
本发明提供一种抗污染反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
通过乳液聚合合成将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面；
将接枝后的所述TiO2的颗粒加入基膜铸膜液中，将基膜铸膜液均匀涂覆在基膜上，以提高多孔支撑层的污染能力和亲水性，得到有抗污染和高通量性能的基膜；
在所述基膜的表面先浸泡多元胺溶液和多元酰氯溶液，通过相转化法制得复合反渗透膜；
在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜；
由于胍基的杀菌性，所述改性反渗透膜具有抗菌性能。
进一步地，所述将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面的方法包括：
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥。
进一步地，所述基膜为无纺布支撑层，所述基膜铸膜液为聚砜铸膜液、聚醚砜铸膜液、聚偏氟乙烯铸膜液中的一种。
进一步地，所述多元胺溶液为苯二胺水溶液，所述多元酰氯溶液为均苯三甲酰氯的正庚烷溶液。
进一步地，所述涂覆胍基聚合物的方法为接枝胍基化聚乙烯亚胺。
进一步地，所述胍基化聚乙烯亚胺的制取方包括：
将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h。
进一步地，在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜的方法包括：
将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干。
本发明还提供一种抗污染反渗透膜，使用如上述所述的抗污染反渗透膜的制备方法制得，包括：无纺布支撑层、胍基化聚乙烯亚胺、接枝后的TiO2颗粒。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明制备方法简单，改性工艺条件温和，重现性好，制备出的反渗透膜具有抗污染、杀菌、高通量的特点，并保持良好的脱盐率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例制得的抗污染反渗透膜的结构示意图。
附图图中标记表示为：
1、胍基化聚乙烯亚胺，2、无纺布支撑层，3、脱盐层，4、接枝后的TiO2颗粒。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
本发明实施例提供一种抗污染反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
通过乳液聚合合成将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面；
优选地，所述将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面的方法为：
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥，得到接枝好的TiO2；
将接枝后的TiO2的颗粒加入基膜铸膜液中，将基膜铸膜液均匀涂覆在基膜上，以提高多孔支撑层的污染能力和亲水性，得到有抗污染和高通量性能的基膜；
优选地，所述基膜为无纺布支撑层，所述基膜铸膜液为聚砜铸膜液、聚醚砜铸膜液、聚偏氟乙烯铸膜液中的一种；
在所述基膜的表面先浸泡多元胺溶液和多元酰氯溶液，通过相转化法制得复合反渗透膜；
优选地，所述多元胺溶液为苯二胺水溶液，所述多元酰氯溶液为均苯三甲酰氯的正庚烷溶液；
在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜；
优选地，所述涂覆胍基聚合物的方法为接枝胍基化聚乙烯亚胺。
由于胍基的杀菌性，所述改性反渗透膜具有抗菌性能。
优选地，所述胍基化聚乙烯亚胺的制取方包括：
将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h，得到胍基化聚乙烯亚胺；
优选地，在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜的方法包括：
将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干，制得改性反渗透膜。
本发明实施例使用如上述所述的制备方法制得的抗污染反渗透膜，参见图1所示，包括：无纺布支撑层2、胍基化聚乙烯亚胺1、接枝后的TiO2颗粒 4、脱盐层3。
实施例1
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡3h，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥得到接枝好的TiO2；将接枝好的TiO2加入聚砜铸膜液中，将此铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜；将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h得到胍基化聚乙烯亚胺；将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干制得改性反渗透膜。
实施例2
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡3h，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥得到接枝好的TiO2；将接枝好的TiO2加入聚醚砜铸膜液中，将此铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜；将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h得到胍基化聚乙烯亚胺；将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干制得改性反渗透膜。
实施例3
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡3h，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥得到接枝好的TiO2；将接枝好的TiO2加入聚偏氟乙烯铸膜液中，将此铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜；将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h得到胍基化聚乙烯亚胺；将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干制得改性反渗透膜。
比较例1
将纯纳米TiO2加入聚砜铸膜液中，将此铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜；将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h得到胍基化聚乙烯亚胺；将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干制得改性反渗透膜。
比较例2
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡3h，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥得到接枝好的TiO2；将接枝好的TiO2加入聚偏氟乙烯铸膜液中，将此铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜。
比较例3
将不含纳米TiO2聚砜铸膜液均匀涂在无纺布上，采用相转化法制备出反渗透膜基膜；在基膜表面涂覆间苯二胺水溶液，干燥后在表面继续涂覆均苯三甲酰氯的正庚烷溶液，制得复合反渗透膜。
测试结果
产品性能测试
从实施例1-3和比较例1-2制得的膜片上取相同的面积，测试如下性能：(1)水通量，(2)截留率，(3)抗生物污染性能。
抗生物污染性能以枯草杆菌和大肠杆菌与溶液接触2h后的存活率来表征。
测截留率时，操作压力为1.55MPa，测试系统温度为25℃。
实验结果见表1。
表1测试效果
Figure BDA0003546027550000081
从表1结果可看出，本发明实施例经过特定的材料选用和合理的工艺程序，本发明实施例1-3制备的反渗透膜的水通量、截留率和抗生物污染(枯草杆菌、大肠杆菌)作用均较好于比较例1-3。
将实施例3与实施例1、2进行对比，可以看出在基膜铸膜液采用聚偏氟乙烯铸膜液时，制得的反渗透膜的水通量GPD效果最优。
总之，本发明实施例制备方法简单，改性工艺条件温和，重现性好，制备出的反渗透膜具有抗污染、杀菌、高通量的特点，并保持良好的脱盐率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过乳液聚合合成将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面；
将接枝后的所述TiO2的颗粒加入基膜铸膜液中，将基膜铸膜液均匀涂覆在基膜上；
在所述基膜的表面先浸泡多元胺溶液和多元酰氯溶液，通过相转化法制得复合反渗透膜；
在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述将聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯接枝到纳米TiO2的表面的方法包括：
将纳米TiO2粒子与含有无水乙醇和水的溶液混合，置于瓶中超声震荡，然后在80℃下水浴加热，将4wt.％硅烷偶联剂KH-570滴入溶液，反应5h，然后将过硫酸铵和聚N,N-二甲基甲基丙烯酸乙酯的混合溶液滴入瓶中，在80℃下反应3h，离心、干燥。
3.根据权利要求2所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述基膜为无纺布支撑层，所述基膜铸膜液为聚砜铸膜液、聚醚砜铸膜液、聚偏氟乙烯铸膜液中的一种。
4.根据权利要求2所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述多元胺溶液为苯二胺水溶液，所述多元酰氯溶液为均苯三甲酰氯的正庚烷溶液。
5.根据权利要求2所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述涂覆胍基聚合物的方法为接枝胍基化聚乙烯亚胺。
6.根据权利要求5所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述胍基化聚乙烯亚胺的制取方包括：
将0.5wt.％的聚乙烯胺水溶液与双氰胺混合，置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌反应5h，用无水乙醇对反应液进行沉淀，在60℃真空干燥36h。
7.根据权利要求2所述的抗污染反渗透膜的制备方法，其特征在于，在所述复合反渗透膜的表面涂覆胍基聚合物制得改性反渗透膜的方法包括：
将复合反渗透膜浸泡在0.05wt.％的胍基化聚乙烯亚胺溶液中60s后取出晾干。
8.一种抗污染反渗透膜，其特征在于，使用如权利要求2-7任一项所述的抗污染反渗透膜的制备方法制得，包括：无纺布支撑层、胍基化聚乙烯亚胺、接枝后的TiO2颗粒。
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