CN115105962B - 废旧反渗透膜元件的修复方法 - Google Patents

废旧反渗透膜元件的修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，公开了一种废旧反渗透膜元件的修复方法，该方法包括：(1)采用含有交联剂和催化剂的混合溶液对废旧反渗透膜元件进行第一循环浸泡，得到第一浸泡物；(2)采用含有醇类化合物的溶液对所述第一浸泡物进行第二循环浸泡，得到第二浸泡物，然后水洗得到修复的反渗透膜元件。采用本发明提供的修复方法能够使修复得到的反渗透膜元件具有更好的膜分离性能，在满足反渗透膜的通量使用要求的前提下，使膜的截留率更高。

Description

废旧反渗透膜元件的修复方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种废旧反渗透膜元件的修复方法。
背景技术
反渗透是水处理工艺中常用的技术之一，反渗透膜在长期运行过程中，膜表面会不可避免的被胶体、微生物、杂质颗粒及难溶盐类等物质污染，从而造成膜性能的下降，具体表现为较低的产水流量或较高的溶质透过率或供给水和浓水之间的压差增大等。因此对于受污染的反渗透膜元件进行及时的清洗是很必要的，但是物理清洗或化学清洗只是缓解反渗透膜的污染，当清洗多次后膜性能会出现无法恢复的现象，就需要更换反渗透膜元件，由此产生大量的废旧膜元件。
目前对于废旧膜元件常见的处理方式有两种：一种是作为固废垃圾直接丢弃，但这样不仅污染了环境，还浪费了资源；另一种是对废旧膜元件进行修复，但修复得到的反渗透膜元件的性能不好，反渗透膜元件的使用寿命短。
因此，提供一种新的废旧反渗透膜元件的修复方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有对废旧反渗透膜元件进行修复得到的反渗透膜元件的膜分离性能较差的问题，提供一种废旧反渗透膜元件的修复方法，该方法能够修复得到具有更好分离性能的反渗透膜元件。
为了实现上述目的，本发明提供一种废旧反渗透膜元件的修复方法，该方法包括：
(1)采用含有交联剂和催化剂的混合溶液对废旧反渗透膜元件进行第一循环浸泡，得到第一浸泡物；
(2)采用含有醇类化合物的溶液对所述第一浸泡物进行第二循环浸泡，得到第二浸泡物，然后水洗得到修复的反渗透膜元件。
通过上述技术方案，采用本发明提供的修复方法能够使修复得到的反渗透膜元件具有更好的膜分离性能，在满足反渗透膜的通量使用要求的前提下，使膜的截留率更高。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明提供一种废旧反渗透膜元件的修复方法，该方法包括：
(1)采用含有交联剂和催化剂的混合溶液对废旧反渗透膜元件进行第一循环浸泡，得到第一浸泡物；
(2)采用含有醇类化合物的溶液对所述第一浸泡物进行第二循环浸泡，得到第二浸泡物，然后水洗得到修复的反渗透膜元件。
本发明废旧反渗透膜元件的修复方法可以概括为先采用含有交联剂和催化剂的混合溶液对废旧反渗透膜元件进行浸泡得到第一浸泡物；然后再采用含有醇类化合物的溶液对前述第一浸泡物进行浸泡得到第二浸泡物，水洗即得到修复的反渗透膜元件，也即本发明采用两次浸泡即可完成交联反应，不包括对第二浸泡物进行加热处理的步骤。而现有技术一般先将反渗透膜进行两次浸渍，然后将前述处理完的反渗透膜进行加热处理，从而完成交联反应。
本发明对所述废旧反渗透膜元件的来源没有特别的限定，可采用任何水处理工艺中产生的废旧反渗透膜元件，优选为废旧的聚酰胺类反渗透膜元件。
在本发明的一些实施例中，优选地，步骤(1)中，所述交联剂选自醛类化合物、酸酐类化合物和二羰基化合物中的至少一种。
本发明对所述二羰基化合物的选择范围较宽，优选地，所述二羰基化合物选自乙酰乙酸乙酯、丙二酸二甲酯和2,4-戊二酮中的至少一种，更优选为乙酰乙酸乙酯和/或丙二酸二甲酯。在该种优选情况下，能够进一步提高废旧反渗透膜的修复截留率。
本发明对所述醛类化合物的选择范围较宽，优选地，所述醛类化合物选自乙二醛、丁二醛、戊二醛和甲醛中的至少一种。
本发明对所述酸酐类化合物的选择范围较宽，优选地，所述酸酐类化合物选自马来酸酐、乙酸酐、丁酸酐和戊酐中的至少一种，更优选为乙酸酐、丁酸酐和戊酐中的至少一种。在该种优选情况下，更有利于获得分离性能更好的反渗透膜元件。
在本发明的一些实施例中，优选地，步骤(1)中，所述催化剂为酸类化合物。本发明对所述酸类化合物的选择范围较宽，例如包括但不限于有机酸和/或无机酸。
根据本发明一种优选的实施方式，所述酸类化合物选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、盐酸、硫酸、磷酸和硝酸中的至少一种。
本发明对步骤(2)中所述醇类化合物的选择范围较宽，优选地，所述醇类化合物选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚己二醇、聚乙二醇单甲醚、氨基聚乙二醇单甲醚、聚乙烯醇、聚戊烯醇、乙烯醇、戊二醇、癸二醇、己二醇、辛二醇和山梨糖醇中的至少一种。更优选情况下，所述醇类化合物为聚丙二醇、聚乙二醇单甲醚、氨基聚乙二醇单甲醚和山梨糖醇中的至少一种，这样更有利于提高废旧反渗透膜的修复截留率。本发明对所述醇类化合物中涉及的聚合物的平均分子量没有特别的限定，本领域技术人员可以根据实际情况按需选择。
在本发明的一些实施例中，优选地，步骤(1)中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.25-1w/v％，更优选为0.3-1w/v％；所述催化剂的浓度为0.55-1w/v％，更优选为0.6-1w/v％。本发明中，单位“w/v％”为质量体积分数，即表示100mL溶液中含有多少克溶质。
在本发明的一些实施例中，优选地，步骤(2)中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为0.15-5w/v％，更优选为1-5w/v％。
本发明对所述第一循环浸泡和第二循环浸泡的时间没有特别的限定，本领域技术人员可以根据实际情况按需选择，优选地，所述第一循环浸泡的时间为10min-5h，所述第二循环浸泡的时间为30min-24h。
本发明对所述第一循环浸泡和第二循环浸泡的温度没有特别的限定，优选地，所述第一循环浸泡和第二循环浸泡的温度均为20-35℃。所述第一循环浸泡和第二循环浸泡的温度可以相同也可以不同，本领域技术人员可以根据实际情况选择。
在本发明的一些实施例中，优选地，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。本发明通过采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，能够洗掉附着在反渗透膜表面的污染物。本发明中所述水洗表示用清水进行多次冲洗，本发明对所述冲洗的次数没有特别的限定，本领域技术人员可以根据实际情况确定。
本发明对所述清洗液的浓度选择范围较宽，优选地，所述清洗液的浓度为0.01-2w/v％。
本发明对所述清洗液没有特别的限定，优选地，所述清洗液的pH＝2-4，所述清洗液选自盐酸溶液、柠檬酸溶液或磷酸溶液；
或者所述清洗液的pH＝10-12，所述清洗液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钠与十二烷基苯磺酸钠混合液、氢氧化钠与乙二胺四乙酸钠盐混合液中的一种。
本发明对所述循环浸泡的温度和时间没有特别的限定，本领域技术人员可以根据实际情况按需选择，优选地，所述循环浸泡的温度为20-35℃，时间为20min-12h。
根据本发明，步骤(2)中所述水洗表示用清水进行多次冲洗，同样地，对于冲洗的次数本领域技术人员也可以根据实际情况确定。
为了清楚地描述本发明所述废旧反渗透膜元件的修复方法，以下提供一种优选的具体实施方式进行说明：
(1)在20-35℃下，采用清洗液对废旧反渗透膜元件循环浸泡20min-12h，然后用清水进行多次冲洗；
(2)在20-35℃下，采用含有交联剂和催化剂的混合溶液(交联剂的浓度为0.3-1w/v％、催化剂的浓度为0.6-1w/v％)对步骤(1)得到的废旧反渗透膜元件进行第一循环浸泡10min-5h，得到第一浸泡物；
(3)在20-35℃下，采用含有醇类化合物的溶液(醇类化合物的浓度为1-5w/v％)对所述第一浸泡物进行第二循环浸泡30min-24h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均可从商业渠道获得。
实施例1
(1)在25℃下，采用浓度为0.5w/v％的pH＝11的氢氧化钠溶液对废旧反渗透膜元件1循环浸泡2h，然后用清水进行多次冲洗；
(2)在30℃下，采用含有戊二醛和硫酸的混合溶液(戊二醛的浓度为0.6w/v％、硫酸的浓度为0.8w/v％)对步骤(1)得到的废旧反渗透膜元件1进行第一循环浸泡1h，得到第一浸泡物；
(3)在30℃下，采用含有氨基聚乙二醇单甲醚的溶液(氨基聚乙二醇单甲醚的浓度为5w/v％，氨基聚乙二醇单甲醚的平均分子量为5000g/mol)对第一浸泡物进行第二循环浸泡16h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
实施例2
(1)在25℃下，采用浓度为0.5w/v％的pH＝11的氢氧化钠溶液对废旧反渗透膜元件1循环浸泡2h，然后用清水进行多次冲洗；
(2)在30℃下，采用含有戊酐和硫酸的混合溶液(戊酐的浓度为0.5w/v％、硫酸的浓度为0.6w/v％)对步骤(1)得到的废旧反渗透膜元件1进行第一循环浸泡1h，得到第一浸泡物；
(3)在30℃下，采用含有聚乙二醇单甲醚的溶液(聚乙二醇单甲醚的浓度为2w/v％，聚乙二醇单甲醚的平均分子量为2000g/mol)对第一浸泡物进行第二循环浸泡16h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
实施例3
(1)在25℃下，采用浓度为0.5w/v％的pH＝11的氢氧化钠溶液对废旧反渗透膜元件1循环浸泡2h，然后用清水进行多次冲洗；
(2)在30℃下，采用含有乙酰乙酸乙酯和乙酸的混合溶液(乙酰乙酸乙酯的浓度为0.8w/v％、硫酸的浓度为0.8w/v％)对步骤(1)得到的废旧反渗透膜元件1进行第一循环浸泡1h，得到第一浸泡物；
(3)在30℃下，采用含有山梨糖醇的溶液(山梨糖醇的浓度为3w/v％)对第一浸泡物进行第二循环浸泡16h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
实施例4
(1)在30℃下，采用浓度为0.02w/v％的pH＝11.5的氢氧化钠与十二烷基苯磺酸钠混合液对废旧反渗透膜元件2循环浸泡4h，然后用清水进行多次冲洗；
(2)在25℃下，采用含有丁二醛和丙酸的混合溶液(丁二醛的浓度为0.4w/v％、丙酸的浓度为0.6w/v％)对步骤(1)得到的废旧反渗透膜元件2进行第一循环浸泡1.5h，得到第一浸泡物；
(3)在35℃下，采用含有聚丙二醇的溶液(聚丙二醇的浓度为3w/v％，聚丙二醇的平均分子量为4000g/mol)对第一浸泡物进行第二循环浸泡24h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，将氨基聚乙二醇单甲醚替换为聚乙烯醇(平均分子量为27000g/mol)，得到修复的反渗透膜元件。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(2)中，调整含有戊二醛和硫酸的混合溶液使得戊二醛的浓度为0.25w/v％、硫酸的浓度为0.55w/v％，得到修复的反渗透膜元件。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，调整含有氨基聚乙二醇单甲醚的溶液使得氨基聚乙二醇单甲醚的浓度为0.5w/v％，得到修复的反渗透膜元件。
实施例8
按照实施例3的方法，不同的是，步骤(2)中，将乙酰乙酸乙酯替换为2,4-戊二酮，得到修复的反渗透膜元件。
实施例9
按照实施例2的方法，不同的是，步骤(2)中，将戊酐替换为马来酸酐，得到修复的反渗透膜元件。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，先采用含有氨基聚乙二醇单甲醚的溶液进行浸泡，再采用含有戊二醛和硫酸的混合溶液进行浸泡，具体为：
在25℃下，采用浓度为0.5w/v％的pH＝11的氢氧化钠溶液对废旧反渗透膜元件1循环浸泡2h，然后用清水进行多次冲洗；
在30℃下，采用含有氨基聚乙二醇单甲醚的溶液(氨基聚乙二醇单甲醚的浓度为5w/v％，氨基聚乙二醇单甲醚的平均分子量为5000g/mol)对上述得到的废旧反渗透膜元件1进行第一循环浸泡16h，得到第一浸泡物；
在30℃下，采用含有戊二醛和硫酸的混合溶液(戊二醛的浓度为0.6w/v％、硫酸的浓度为0.8w/v％)对第一浸泡物进行第二循环浸泡1h，得到第二浸泡物，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，直接采用含有戊二醛、硫酸和氨基聚乙二醇单甲醚的混合溶液进行浸泡，具体为：
在25℃下，采用浓度为0.5w/v％的pH＝11的氢氧化钠溶液对废旧反渗透膜元件1循环浸泡2h，然后用清水进行多次冲洗；
在30℃下，采用含有戊二醛、硫酸和氨基聚乙二醇单甲醚的混合溶液(戊二醛的浓度为0.6w/v％、硫酸的浓度为0.8w/v％、氨基聚乙二醇单甲醚的浓度为5w/v％，氨基聚乙二醇单甲醚的平均分子量为5000g/mol)对上述得到的废旧反渗透膜元件1进行循环浸泡16h，然后用清水进行多次冲洗，得到修复的反渗透膜元件。
测试例
采用膜元件测试系统对上述实施例和对比例制备得到的修复的反渗透膜元件进行膜分离性能的评价，主要通过通量和截留率来衡量，评价结果列于表1中。
操作条件包括：进料液为2000ppm的NaCl溶液，操作压力为1.6MPa，操作温度为25℃。
其中，通量是指单位时间单位有效膜面积透过的渗透液体积，通量由以下公式计算得到：
式中，J：通量，单位为L·m-2·h-1；F：产水流量，单位为L·h-1；A：膜元件有效面积，单位为m2。
截留率是指被截留物质的浓度占进料液浓度的百分率，截留率由以下公式计算得到：
式中，R：截留率，％；CP：渗透液浓度，单位为g·L-1；Cf：进料液浓度，单位为g·L-1。
表1
实例编号 R(NaCl)/％ F/L·m-2·h-1
实施例1 97.0 35.2
实施例2 96.5 36.0
实施例3 95.6 37.1
实施例4 96.2 45.8
实施例5 95.1 38.4
实施例6 95.0 40.1
实施例7 94.6 41.3
实施例8 94.5 43.5
实施例9 94.3 44.2
对比例1 93.0 45.6
对比例2 92.1 46.2
废旧反渗透膜元件1 89.6 60.8
废旧反渗透膜元件2 91.5 65.3
从表1的结果可以看出，本发明提供的修复方法对废旧反渗透膜元件具有很好的修复作用，在满足反渗透膜的通量使用要求的前提下，能够有效提高反渗透膜的截留率，使膜分离性能更好，适合工业化应用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种废旧反渗透膜元件的修复方法，其特征在于，该方法包括：
（1）采用含有交联剂和催化剂的混合溶液对废旧反渗透膜元件进行第一循环浸泡，得到第一浸泡物；
（2）采用含有醇类化合物的溶液对所述第一浸泡物进行第二循环浸泡，得到第二浸泡物，然后水洗得到修复的反渗透膜元件；
其中，
所述交联剂选自醛类化合物、酸酐类化合物和二羰基化合物中的至少一种；
所述催化剂为酸类化合物；
所述醇类化合物选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇单甲醚、氨基聚乙二醇单甲醚、聚乙烯醇、聚戊烯醇、乙烯醇、戊二醇、癸二醇、己二醇、辛二醇和山梨糖醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二羰基化合物选自乙酰乙酸乙酯、丙二酸二甲酯和2,4-戊二酮中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，所述二羰基化合物选自乙酰乙酸乙酯和/或丙二酸二甲酯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述醛类化合物选自乙二醛、丁二醛、戊二醛和甲醛中的至少一种；
和/或，所述酸酐类化合物选自马来酸酐、乙酸酐、丁酸酐和戊酐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述酸酐类化合物选自乙酸酐、丁酸酐和戊酐中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤（1）中，所述催化剂选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、盐酸、硫酸、磷酸和硝酸中的至少一种。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤（2）中，所述醇类化合物选自聚丙二醇、聚乙二醇单甲醚、氨基聚乙二醇单甲醚和山梨糖醇中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤（2）中，所述醇类化合物选自聚丙二醇、聚乙二醇单甲醚、氨基聚乙二醇单甲醚和山梨糖醇中的至少一种。
9.根据权利要求1-5、8中任意一项所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.25-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.55-1w/v%。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.3-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.6-1w/v%。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.25-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.55-1w/v%。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.3-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.6-1w/v%。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.25-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.55-1w/v%。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，步骤（1）中，所述混合溶液中，所述交联剂的浓度为0.3-1w/v%；所述催化剂的浓度为0.6-1w/v%。
15.根据权利要求1-5、8、10-14中任意一项所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为0.15-5w/v%。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为1-5w/v%。
17.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为0.15-5w/v%。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为1-5w/v%。
19.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为0.15-5w/v%。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为1-5w/v%。
21.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为0.15-5w/v%。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，步骤（2）中，所述溶液中，所述醇类化合物的浓度为1-5w/v%。
23.根据权利要求1-5、8、10-14、16-22中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。
24.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。
25.根据权利要求7所述的方法，其中，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。
26.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。
27.根据权利要求15所述的方法，其中，该方法还包括：在所述第一循环浸泡之前，采用清洗液对废旧反渗透膜元件进行循环浸泡，然后水洗。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述清洗液的浓度为0.01-2w/v%；
所述清洗液的pH=2-4，所述清洗液选自盐酸溶液、柠檬酸溶液或磷酸溶液；
或者所述清洗液的pH=10-12，所述清洗液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钠与十二烷基苯磺酸钠混合液、氢氧化钠与乙二胺四乙酸钠盐混合液中的一种。
29.根据权利要求24-27中任意一项所述的方法，其中，所述清洗液的浓度为0.01-2w/v%；
所述清洗液的pH=2-4，所述清洗液选自盐酸溶液、柠檬酸溶液或磷酸溶液；
或者所述清洗液的pH=10-12，所述清洗液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钠与十二烷基苯磺酸钠混合液、氢氧化钠与乙二胺四乙酸钠盐混合液中的一种。
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