CN115007001B - 一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于净水设备领域，尤其涉及一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用；本申请提供的反渗透膜包括聚酰胺反渗透膜及其表面嫁接的亲水共价有机骨架，亲水共价有机骨架为具有亲水性的有序的多孔网络结构，可以降低聚酰胺反渗透膜表面的粗糙度、增强待过滤原水对反渗透膜的冲刷力以及减少聚酰胺反渗透膜表面电荷对待过滤原水中难溶阴阳离子的吸引，减少了污染物在膜表面沉积，从而解决现有反渗透膜容易沉积难溶盐类导致反渗透膜受到污染，反渗透膜使用寿命下降的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于净水设备领域，尤其涉及一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用。
背景技术
水资源是地球宝贵的自然资源，然而地球上只有少部分的水资源是淡水，并且淡水中大部分的水源因为受到污染，不可直接饮用，反渗透净水设备可以将水中重金属、细菌、病毒等几乎所有杂质全部过滤，从而使水源达到饮用标准。
然而在高压反渗透过滤环境下，待过滤原水中含有的难溶阴阳离子结合生成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、磷酸盐会在反渗透净水设备的核心部件反渗透膜表面形成微量难溶盐类沉积，反渗透膜受到污染，造成膜通量减小、脱盐效率下降、渗透压增大、膜表面的划伤、甚至膜阻塞等问题，反渗透膜的使用寿命下降，因此，有必要提高反渗透膜的抗污染能力，减少难溶盐类在反渗透膜表面的沉积，以延长反渗透膜的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用，用于解决现有反渗透膜容易沉积难溶盐类导致反渗透膜受到污染，反渗透膜使用寿命下降的技术问题。
本申请第一方面提供了一种延长使用寿命的反渗透膜，包括：聚酰胺反渗透膜和亲水共价有机骨架；
所述亲水共价有机骨架嫁接在聚酰胺反渗透膜表面。
优选的，所述亲水共价有机骨架为聚多巴胺共价有机骨架。
需要说明的是，多巴胺含有的氨基基团使多巴胺具有亲水性并能通过席夫碱反应构筑多巴胺共价有机骨架，从而得到了亲水性的聚多巴胺共价有机骨架。
本申请第二方面提供了一种延长使用寿命的反渗透膜制备方法，包括步骤：将表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中反应；
所述多巴胺单体溶液为多巴胺与均苯三甲醛的混合溶液；
所述反应时间为12～24h。
需要说明的是，本申请提供的制备方法通过席夫碱反应构筑聚多巴胺共价有机骨架，并与聚酰胺反渗透膜表面的己二胺反应使聚多巴胺共价有机骨架嫁接到改性聚酰胺反渗透膜，聚酰胺反渗透膜与聚多巴胺共价有机骨架通过化学键连接；与物理连接方式相比，化学键的连接方式更加稳定，有利于反渗透膜在高压环境下应用。
优选的，所述将表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中反应具体包括：
将表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中，加入稀土金属三氟甲磺酸盐溶液，进行反应。
需要说明的是，稀土金属三氟甲磺酸盐作为路易斯酸，其空轨道同时和氨基的N、醛基的O上的孤对电子配位，在增强醛基C亲电性的同时，还能形成能量更低的过渡态，从而加速生成席夫碱的反应速率，提高了共价有机骨架多孔网络结构的有序性，减少了污染物在膜表面沉积，延长聚酰胺反渗透膜的寿命。
优选的，所述表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜的制备方法包括步骤：将聚酰胺反渗透膜置于己二胺醇溶液中，静置反应得到表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜；
所述静置反应的时间为4～12h。
优选的，所述多巴胺单体溶液的制备方法包括步骤：将均苯三甲醛的三氯甲烷溶液与多巴胺的对苯二胺溶液超声混合；
所述超声混合的时间为5～10min。
优选的，所述己二胺醇溶液中的溶剂醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的任意一种、两种或多种。
优选的，稀土金属三氟甲磺酸盐溶液中的溶剂为乙腈。
优选的，所述稀土金属三氟甲磺酸盐溶液中的溶质为三氟甲磺酸镧、三氟甲磺酸镱、三氟甲磺酸铋中的任意一种、两种或三种。
优选的，所述稀土金属三氟甲磺酸盐溶液的浓度为8～15mol/L。
本申请第三方面提供了一种延长使用寿命的滤芯，包括：上述反渗透膜、中心管、格网以及导流布；
夹带所述导流布的所述反渗透膜、所述格网依次卷膜在所述中心管表面。
本申请第四方面提供了上述反渗透膜或滤芯在净水设备中的应用。
需要说明的是，本申请提供的包括上述反渗透膜或滤芯的净水设备是指家用净水设备、小区用净水设备、办公楼宇用净水设备以及工厂用净水设备等生活、工业用途的净水设备。
综上所述，本申请提供了一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用，其中，反渗透膜包括：聚酰胺反渗透膜和亲水共价有机骨架，亲水共价有机骨架嫁接在聚酰胺反渗透膜表面，亲水共价有机骨架为有序、可调的多孔网络结构，可以降低反渗透膜表面的粗糙度，减少污染物在反渗透膜的沉积，且有序结构不阻碍待过滤原水的流动性，亲水性减少了待过滤原水流过的阻力，使流速增加，增强待过滤原水对反渗透膜的冲刷力，减少污染物在膜表面的沉积，延长聚酰胺反渗透膜的寿命，同时，亲水共价有机骨架嫁接在聚酰胺反渗透膜表面，屏蔽了聚酰胺反渗透膜表面电荷，减少因为电荷吸引待过滤原水中难溶阴阳离子造成的污染物在膜表面沉积，延长聚酰胺反渗透膜的寿命，从而解决现有反渗透膜容易沉积难溶盐类导致反渗透膜受到污染，反渗透膜使用寿命下降的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例3提供的包括延长寿命的反渗透膜的滤芯结构示意图；
图2为本申请实施例1-2以及常规聚酰胺反渗透膜的纯水通量衰减率图；
其中，附图标记为：1-中心管，2-反渗透膜，3-导流布，4-格网，5-第二反渗透膜，6-常规聚酰胺反渗透膜的纯水通量衰减率曲线、7-实施例1中聚酰胺反渗透膜的纯水通量衰减率曲线、8-实施例2中聚酰胺反渗透膜的纯水通量衰减率曲线。
具体实施方式
本申请提供了一种延长使用寿命的反渗透膜及其制备方法、滤芯和应用，用于解决现有反渗透膜容易沉积难溶盐类导致反渗透膜受到污染，反渗透膜使用寿命下降的技术问题。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围，如本申请实施例中提供的反渗透膜不单单指本领域高压过滤反渗透膜，也可指低压过滤纳滤膜。
实施例1
本申请实施例1提供了一种延长寿命的反渗透膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、将聚酰胺反渗透膜置于己二胺醇溶液中，静置4～12h得到交联己二胺的聚酰胺反渗透膜；
步骤2、将多巴胺加入对苯二胺溶液中，混合均匀得到多巴胺的对苯二胺溶液；
步骤3、将6.5mg多巴胺的对苯二胺溶液与6.5mg均苯三甲醛混合并加入1ml三氯甲烷，超声混合5min，得到多巴胺单体溶液；
步骤4、将交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中反应24h，反应结束之后取出聚酰胺反渗透膜并用去离子水洗涤3～6次即可获得延长寿命的聚酰胺反渗透膜。
需要说明的是，本申请配置多巴胺单体溶液与制备交联己二胺的聚酰胺反渗透膜没有先后顺序，可以先配置多巴胺单体溶液或先制备交联己二胺的聚酰胺反渗透膜都在专利申请的保护范围内。
实施例2
本申请实施例2提供了一种延长寿命的反渗透膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、将聚酰胺反渗透膜置于己二胺醇溶液中，静置4～12h得到交联己二胺的聚酰胺反渗透膜；
步骤2、将多巴胺加入对苯二胺溶液中，混合均匀得到多巴胺的对苯二胺溶液；
步骤3、将6.5mg多巴胺的对苯二胺溶液与6.5mg均苯三甲醛混合并加入1ml三氯甲烷，超声混合5min，得到多巴胺单体溶液；
步骤4、将交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中后，加入10mol/L的三氟甲磺酸铕的乙腈溶液反应24h，反应结束之后取出聚酰胺反渗透膜并用去离子水洗涤3～6次即可获得延长寿命的聚酰胺反渗透膜。
实施例3
本申请实施例3提供了用实施例1或2提供的延长寿命的聚酰胺反渗透膜组装的滤芯实施例，请参照图1，该滤芯包括：中心管(1)、格网(4)，聚酰胺反渗透膜(2)、导流布(3)；其中，中心管(1)上设置有通孔，对折的聚酰胺反渗透膜(2)夹带导流布(3)，聚酰胺反渗透膜表面嫁接聚多巴胺共价有机骨架。
应用延长寿命的聚酰胺反渗透膜组装的滤芯进行水的净化过程包括：待过滤原水沿中心管的轴向方向通过格网流入滤芯，在外加压力的作用下，原水中的水分子通过聚酰胺反渗透膜，由于聚酰胺反渗透膜表面的亲水共价有机骨架为有序、可调的多孔网络结构，降低了反渗透膜表面的粗糙度、减少待过滤原水流过的阻力，增强待过滤原水对反渗透膜的冲刷力，减少污染物在膜表面的沉积，同时减少因为电荷吸引待过滤原水中难溶阴阳离子造成的污染物在膜表面沉积，从而延长了以聚酰胺反渗透膜为核心部件的滤芯的寿命。
同时，为提高水的净化效果，可以根据需求再卷膜一层夹带导流布的第二反渗透膜(5)。
实施例4
本申请实施例4提供了用实施例1-2提供的延长寿命的聚酰胺反渗透膜组装的滤芯、常规聚酰胺反渗透膜组装的滤芯的抗污染性能测试，其测试结果如图2所示。
从图2中可以看出，常规聚酰胺反渗透膜组装的滤芯，随着过滤原水量的过流量增加，纯水通量迅速衰减，而实施例1和2提供的延长寿命的聚酰胺反渗透膜组装的滤芯纯水通量衰减较慢，说明实施例1和2提供的表面嫁接聚多巴胺共价有机骨架的聚酰胺反渗透膜能够减少污染物在膜表面沉积，从延长聚酰胺反渗透膜的寿命；并且，与实施例1提供的表面嫁接聚多巴胺共价有机骨架的聚酰胺反渗透膜相比，实施例2提供的表面嫁接聚多巴胺共价有机骨架的聚酰胺反渗透膜的纯水通量衰减更慢，这说明在制备表面嫁接聚多巴胺共价有机骨架的聚酰胺反渗透膜的过程中，加入稀土金属三氟甲磺酸盐作为路易斯酸可以加速生成席夫碱的反应速率，提高共价有机骨架多孔网络结构的有序性，从而进一步减少污染物在膜表面沉积，延长聚酰胺反渗透膜的寿命。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.延长使用寿命的滤芯在净水设备中的应用，其特征在于，滤芯包括：中心管、格网、导流布以及反渗透膜；夹带所述导流布的所述反渗透膜、所述格网依次卷膜在所述中心管表面；
反渗透膜包括：聚酰胺反渗透膜和亲水共价有机骨架，所述反渗透膜为延长使用寿命的反渗透膜；
所述亲水共价有机骨架嫁接在聚酰胺反渗透膜表面，所述亲水共价有机骨架为聚多巴胺共价有机骨架；
所述延长使用寿命的反渗透膜的制备方法包括步骤：将表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜浸泡到多巴胺单体溶液中，加入稀土金属三氟甲磺酸盐溶液，进行反应，所述反应时间为12~24 h；
所述多巴胺单体溶液为多巴胺与均苯三甲醛的混合溶液，所述多巴胺单体溶液的制备方法包括步骤：将均苯三甲醛的三氯甲烷溶液与多巴胺的对苯二胺溶液超声混合。
2.根据权利要求1所述的延长使用寿命的滤芯在净水设备中的应用，其特征在于，所述表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜的制备方法包括步骤：将聚酰胺反渗透膜置于己二胺醇溶液中，静置反应得到表面交联己二胺的聚酰胺反渗透膜；
所述静置反应的时间为4~12 h。
3.根据权利要求1所述的延长使用寿命的滤芯在净水设备中的应用，其特征在于，所述超声混合的时间为5~10 min。
4.根据权利要求1所述的延长使用寿命的滤芯在净水设备中的应用，其特征在于，所述稀土金属三氟甲磺酸盐溶液中的溶质为三氟甲磺酸镧、三氟甲磺酸镱、三氟甲磺酸铋中的任意一种、两种或三种。
5.根据权利要求1所述的延长使用寿命的滤芯在净水设备中的应用，其特征在于，所述稀土金属三氟甲磺酸盐溶液的浓度为8~15 mol/L。
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