CN115025627A - 一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用 - Google Patents

一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用,该修复试剂包括以下质量分数的原料组分:0.1%‑10%的碳量子点、0.1%‑2%的链接剂、0.01%‑1.0%的催化剂以及余量的水。采用该修复试剂的修复方法,包括将所述修复试剂采用动力泵循环通入预处理后的废旧反渗透膜元件中,进行循环浸泡修复;对循环浸泡修复后的废旧反渗透膜元件进行压力过滤修复;对压力过滤修复后的废旧反渗透膜元件进行静置浸泡修复。该修复试剂在修复废旧反渗透膜元件脱盐率低方面的应用,能够在基本不降低所修复的膜元件产水量的条件下,有效提高脱盐率。

Description

一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用
技术领域
本发明涉及反渗透膜技术领域,具体涉及一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用。
背景技术
反渗透技术由于其具有高效率、低能耗和高选择性等特性,已被广泛应用于海水淡化、分离浓缩、饮用水净化、废水处理及资源化等领域。聚酰胺复合反渗透膜具有脱盐率较高、通量大、化学稳定性优良、pH范围宽和操作压力低等特点,是目前主流的反渗透膜产品。
然而,聚酰胺反渗透膜元件在使用过程中容易受到原水中各种不溶物的污堵,导致其脱盐率和产水量降低。虽然,采用化学试剂清洗反渗透膜元件能够恢复其产水性能,但是随着清洗次数的增加,反渗透膜元件的聚酰胺膜层也会逐渐被化学试剂所腐蚀和降解,致使反渗透膜元件的脱盐率大幅衰减,造成反渗透膜元件的报废。
对脱盐率性能衰减的聚酰胺膜层可以采用修复试剂修复。然而,现有的修复试剂多为含磷试剂,会对水体造成严重污染。
因此,开发一种高效、环境友好的废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用,对脱盐率性能衰减的聚酰胺膜层进行修复以恢复其性能,具有非常好的经济价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种废旧反渗透膜元件的修复试剂、修复方法和应用,用于对脱盐率性能衰减的聚酰胺膜层进行修复以恢复其性能,同时,也能够解决含磷修复试剂对水体造成严重污染的技术问题。
在第一方面,本申请提供了一种废旧反渗透膜元件的修复试剂,其包括以下质量分数的原料组分:0.1%-10%的碳量子点、0.1%-2%的链接剂、0.01%-1.0%的催化剂以及余量的水;
在所述碳量子点中含有氨基、羧基和磺酸基中的至少一种官能团;
所述链接剂包括聚乙烯亚胺、聚乙二胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种;
所述催化剂包括二环己基碳二亚胺、N,N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、N-羟基硫代琥珀酰亚胺和4-二甲氨基吡啶中的至少一种;
所述废旧反渗透膜元件包括聚酰胺膜层。
在部分实施方案中,所述碳量子点包括羧基化碳量子点(为现有产品)、氨基化碳量子点(为现有产品)和磺化碳量子点(为现有产品)中的至少一种。
在部分实施方案中,所述碳量子点的粒径尺寸为1-10nm。
在第二方面,本申请提供了一种采用所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂的修复方法,其包括步骤S1:
首先,将所述修复试剂采用动力泵循环通入预处理后的废旧反渗透膜元件中,进行循环浸泡修复;
其次,对循环浸泡修复后的废旧反渗透膜元件进行压力过滤修复;
最后,对压力过滤修复后的废旧反渗透膜元件进行静置浸泡修复。
在部分实施方案中,在步骤S1中,采用所述修复试剂修复时的温度为20-40℃;在循环浸泡修复时,控制修复时间为5-60min;在压力过滤修复时,控制修复时间为20-60min,控制压力为3-15bar;在静置浸泡修复时,控制修复时间为30-90min。
在部分实施方案中,在步骤S1之前还包括步骤S0,所述步骤S0是对废旧反渗透膜元件进行预处理,具体的,先对废旧反渗透膜元件采用反渗透膜清洗液清洗,再采用纯水冲洗废旧反渗透膜元件至冲洗干净。
在部分实施方案中,在步骤S1之后还包括步骤S2,所述步骤S2是对步骤S1修复后的废旧反渗透膜元件采用纯水冲洗干净。
在部分实施方案中,所述废旧反渗透膜元件包括卷式膜元件、管式膜元件和中空纤维膜元件中的任意一种。
在第三方面,本申请提供了一种采用所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂在修复废旧反渗透膜元件脱盐率低方面的应用。
在部分实施方案中,在采用所述修复试剂修复前,所述废旧反渗透膜元件的脱盐率最低至70%;在采用所述修复试剂修复后,所述废旧反渗透膜元件的脱盐率大于等于99%。
应用本发明的技术方案,至少具有以下有益效果:
(1)本发明中所述废旧反渗透膜元件的修复试剂,是针对废旧反渗透膜元件中聚酰胺膜层形成了大量的缺陷孔设计的,其中,废旧反渗透膜元件脱盐率在70%-98%时的缺陷孔孔径范围为1-5纳米。因此,本发明在修复试剂中选用碳量子点作为主要成份对缺陷孔进行填充修补,从而提升膜元件的脱盐率,具体的,利用碳量子点的氨基与聚酰胺膜层缺陷孔处的羧基反应,以及利用碳量子点的羧基或磺酸基与聚酰胺膜层缺陷孔处的氨基反应,在反应时,需要借助链接剂和催化剂的协同作用发生反应,确保碳量子点能够快速与缺陷孔周围的聚酰胺膜层形成稳固的化学键,以修复缺陷孔,提高脱盐率。其中,链接剂不仅能连接碳量子点与聚酰胺膜,还能为聚酰胺膜表面提供大量的氨基或羧基基团,使聚酰胺膜表面修复层具有较好的亲水性,从而使聚酰胺反渗透膜元件水渗透阻力降低,即不会因修复层形成较大水流阻力而降低其产水量。
(2)本发明中采用的修复方法操作简单,参数易控,具有很强的实用性。其中,在步骤S1中,先采用循环浸泡修复,使修复试剂均匀分布于聚酰胺膜的表面,且发生初步的反应;再采用压力过滤修复,使缺陷孔位置能富集更多的修复试剂,并集中进行交联反应;最后,采用静置浸泡修复,使修复试剂在聚酰胺膜表面进行加强反应,牢固的固定在聚酰胺膜表面上。通过将步骤S1中循环浸泡修复、压力过滤修复和静置浸泡修复组合使用,可使修复试剂能均匀、定向地在缺陷孔位置发生修复反应。
(3)本发明中采用的修复方法,在步骤S1前使用步骤S0,用于将聚酰胺膜表面的污染物质清理干净以便修复试剂能与聚酰胺膜表面接触而发生修复反应。
(4)本发明中所述修复试剂在修复废旧反渗透膜元件脱盐率低方面的应用,能够确保修复后废旧反渗透膜元件的脱盐率大于等于99%;同时,所述修复试剂不含磷,能够解决含磷修复试剂对水体造成严重污染的技术问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明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1:
一种废旧反渗透膜元件的修复试剂,包括以下质量分数的原料组分:5%的碳量子点、0.5%的链接剂、0.1%的催化剂以及余量的水;
所述碳量子点为氨基化碳量子点;
所述链接剂为聚甲基丙烯酸;
所述催化剂为二环己基碳二亚胺;
所述废旧反渗透膜元件(具体为废旧苦咸水反渗透膜元件,型号为BW-8040,脱盐率为70%-80%,产水量为12000GPD-13000GPD)包括聚酰胺膜层。
所述碳量子点的粒径尺寸为1-10nm。
一种采用所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂的修复方法,包括步骤S1:
首先,将所述修复试剂采用动力泵循环通入预处理后的废旧反渗透膜元件中,进行循环浸泡修复;
其次,对循环浸泡修复后的废旧反渗透膜元件进行压力过滤修复;
最后,对压力过滤修复后的废旧反渗透膜元件进行静置浸泡修复。
在步骤S1中,采用所述修复试剂修复时的温度为25℃;在循环浸泡修复时,控制修复时间为30min;在压力过滤修复时,控制修复时间为30min,控制压力为10bar;在静置浸泡修复时,控制修复时间为60min。
在步骤S1之前还包括步骤S0,所述步骤S0是对废旧反渗透膜元件进行预处理,具体的,先对废旧反渗透膜元件采用反渗透膜清洗液清洗,即,依次使用盐酸溶液(pH为2)、氢氧化钠溶液(pH为12)和盐酸溶液(pH为2)对废旧反渗透膜元件进行循环冲洗,冲洗时间分别为1小时,清洗液温度为25-35℃;再采用纯水冲洗废旧反渗透膜元件至冲洗干净。
在步骤S1之后还包括步骤S2,所述步骤S2是对步骤S1修复后的废旧反渗透膜元件采用纯水冲洗干净。
所述废旧反渗透膜元件为卷式膜元件。
本发明还设置了实施例2-8和对比例1-19。与实施例1相比,实施例2-8和对比例1-19存在的变量具体参见表1。
表1
Figure BDA0003735610720000041
Figure BDA0003735610720000051
Figure BDA0003735610720000061
Figure BDA0003735610720000071
本发明还设置了对比例20。与实施例1相比,对比例20未设置步骤S1。
本发明还设置了对比例21。与实施例1相比,对比例21未设置步骤S0。
由实施例1-8和对比例1-21所修复的废旧反渗透膜元件,分别进行膜元件性能检测实验。具体测试方法采用GB/T34241-2017中关于苦咸水反渗透膜元件的测试方法。实验结果参见表2。
表2
Figure BDA0003735610720000072
Figure BDA0003735610720000081
由表2数据知:
本发明采用实施例1-8所制备的修复试剂能够使修复的废旧反渗透膜元件,在基本不降低产水量的条件下,能够有效提高脱盐率,其中,产水量为10560-11550GPD,脱盐率为99.0%-99.6%。
与实施例1相比,在对比例1-3中所制备的修复试剂对废旧反渗透膜元件基本无修复效果,即不使用碳量子点、链接剂和催化剂中的任意一种,均无法使修复试剂达到修复效果。
与实施例1相比,在对比例4-9中采用过高或过低用量的碳量子点、链接剂和催化剂所制备的修复试剂均不能保证所修复的废旧反渗透膜元件,在基本不降低产水量的条件下,能够有效提高脱盐率。
与实施例1相比,在对比10-21中采用过高或过低的修复参数所制备的修复试剂均不能保证所修复的废旧反渗透膜元件,在基本不降低产水量的条件下,能够有效提高脱盐率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,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 (10)

1.一种废旧反渗透膜元件的修复试剂,其特征在于,包括以下质量分数的原料组分:0.1%-10%的碳量子点、0.1%-2%的链接剂、0.01%-1.0%的催化剂以及余量的水;
在所述碳量子点中含有氨基、羧基和磺酸基中的至少一种官能团;
所述链接剂包括聚乙烯亚胺、聚乙二胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种;
所述催化剂包括二环己基碳二亚胺、N,N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、N-羟基硫代琥珀酰亚胺和4-二甲氨基吡啶中的至少一种;
所述废旧反渗透膜元件包括聚酰胺膜层。
2.根据权利要求1所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂,其特征在于,所述碳量子点包括羧基化碳量子点、氨基化碳量子点和磺化碳量子点中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂,其特征在于,所述碳量子点的粒径尺寸为1-10nm。
4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂的修复方法,其特征在于,包括步骤S1:
首先,将所述修复试剂采用动力泵循环通入预处理后的废旧反渗透膜元件中,进行循环浸泡修复;
其次,对循环浸泡修复后的废旧反渗透膜元件进行压力过滤修复;
最后,对压力过滤修复后的废旧反渗透膜元件进行静置浸泡修复。
5.根据权利要求4所述的修复方法,其特征在于,在步骤S1中,采用所述修复试剂修复时的温度为20-40℃;在循环浸泡修复时,控制修复时间为5-60min;在压力过滤修复时,控制修复时间为20-60min,控制压力为3-15bar;在静置浸泡修复时,控制修复时间为30-90min。
6.根据权利要求5所述的修复方法,其特征在于,在步骤S1之前还包括步骤S0,所述步骤S0是对废旧反渗透膜元件进行预处理,具体的,先对废旧反渗透膜元件采用反渗透膜清洗液清洗,再采用纯水冲洗废旧反渗透膜元件至冲洗干净。
7.根据权利要求6所述的修复方法,其特征在于,在步骤S1之后还包括步骤S2,所述步骤S2是对步骤S1修复后的废旧反渗透膜元件采用纯水冲洗干净。
8.根据权利要求7所述的修复方法,其特征在于,所述废旧反渗透膜元件包括卷式膜元件、管式膜元件和中空纤维膜元件中的任意一种。
9.一种采用如权利要求1-3任一项所述的废旧反渗透膜元件的修复试剂在修复废旧反渗透膜元件脱盐率低方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,在采用所述修复试剂修复前,所述废旧反渗透膜元件的脱盐率最低至70%;在采用所述修复试剂修复后,所述废旧反渗透膜元件的脱盐率大于等于99%。
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