CN118059696A - 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 - Google Patents
反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118059696A CN118059696A CN202211484776.6A CN202211484776A CN118059696A CN 118059696 A CN118059696 A CN 118059696A CN 202211484776 A CN202211484776 A CN 202211484776A CN 118059696 A CN118059696 A CN 118059696A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reverse osmosis
- osmosis membrane
- preparation
- chloride
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 117
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 95
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 32
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 32
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims description 29
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 25
- -1 amine compound Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 19
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 18
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 13
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 12
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 12
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 10
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 8
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 claims description 8
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 8
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 150000001263 acyl chlorides Chemical class 0.000 claims description 7
- UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3,5-tricarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC(C(Cl)=O)=CC(C(Cl)=O)=C1 UWCPYKQBIPYOLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 5
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CNPVJWYWYZMPDS-UHFFFAOYSA-N 2-methyldecane Chemical compound CCCCCCCCC(C)C CNPVJWYWYZMPDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FDQSRULYDNDXQB-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3-dicarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC=CC(C(Cl)=O)=C1 FDQSRULYDNDXQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- IJAPPYDYQCXOEF-UHFFFAOYSA-N phthalazin-1(2H)-one Chemical compound C1=CC=C2C(=O)NN=CC2=C1 IJAPPYDYQCXOEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000110 poly(aryl ether sulfone) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 4
- NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 2-[2,4-di(pentan-2-yl)phenoxy]acetyl chloride Chemical compound CCCC(C)C1=CC=C(OCC(Cl)=O)C(C(C)CCC)=C1 NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYXKZNLBZKRYSS-UHFFFAOYSA-N benzene-1,2-dicarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC=CC=C1C(Cl)=O FYXKZNLBZKRYSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MYIGUVWXDJBPEV-UHFFFAOYSA-N piperazin-2-amine Chemical compound NC1CNCCN1 MYIGUVWXDJBPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940113115 polyethylene glycol 200 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940068918 polyethylene glycol 400 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940093429 polyethylene glycol 6000 Drugs 0.000 claims description 3
- 229940085675 polyethylene glycol 800 Drugs 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- LXEJRKJRKIFVNY-UHFFFAOYSA-N terephthaloyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC=C(C(Cl)=O)C=C1 LXEJRKJRKIFVNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 30
- 238000011033 desalting Methods 0.000 abstract description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 40
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 30
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 24
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 18
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 11
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N (S)-camphorsulfonic acid Chemical compound C1C[C@@]2(CS(O)(=O)=O)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N 0.000 description 9
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 8
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 239000002455 scale inhibitor Substances 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 241001075517 Abelmoschus Species 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
- B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
- B01D67/0011—Casting solutions therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
- B01D67/0009—Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
- B01D67/0013—Casting processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/40—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
- B01D71/42—Polymers of nitriles, e.g. polyacrylonitrile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/72—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of the groups B01D71/46 - B01D71/70 and B01D71/701 - B01D71/702
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明涉及反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜。根据本发明的制备方法通过将具有原子级的光滑表面的二维纳米材料引入脱盐层,改性反渗透膜的表面理化性质,利用二维纳米材料分子内的极性键引起的表面能量褶皱,以及二维纳米材料分子和水分子尺寸相当的晶格常数,使二维纳米材料分子与水分子之间发生强烈的相互作用而在脱盐层表面形成致密的水层,从而阻碍矿物离子在脱盐层表面附着和生长,降低脱盐层表面浓差极化程度,可以在确保反渗透膜的高脱盐率的同时显著提升抗无机结垢能力。
Description
技术领域
本发明涉及水处理膜技术领域,更具体地涉及反渗透膜技术领域,特别涉及抗结垢型反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜。
背景技术
淡水资源短缺是当今最紧迫的挑战之一,每年有多达40亿人至少有一个月生活在缺水条件下,预计未来由于气候变化和人口增长,这一问题将进一步加剧。在过去的40年里,海水淡化已经演变成一种替代水供应,以应对日益严重的淡水短缺。鉴于海水几乎是无限的且不受时空和气候影响,海水淡化是淡水资源短缺唯一可持续的解决方案,以满足我们不断增长的水需求。
在过去的20多年里,海水淡化厂的建设取得了巨大的发展,目前全球约有2万家海水淡化厂,总产量超过1亿立方米/天。反渗透膜法海水淡化技术是最具代表性的海水淡化方法之一,大型反渗透膜海水淡化工厂有著名的有阿联酋Taweelah(909200立方米/天)、沙特阿拉伯Rabigh 3(60万立方米/天)和以色列Sorek(624000立方米/天)海水淡化厂。
在反渗透膜法海水淡化中,膜污染是一个主要的挑战,它会恶化膜的性能,降低膜的寿命,不可避免地导致运营成本和资金投入升高。膜污染主要分为有机污染、无机污染、胶体污染和生物污染。为了减轻反渗透膜的污染,目前,反渗透膜海水淡化行业采用低压的微滤(简称MF)和超滤(简称UF)膜预处理技术去除原水(海水)中的溶解物和颗粒物后,再进入反渗透阶段。然而,MF/UF预处理虽然可以有效地降低反渗透膜的有机污染、胶体污染和生物污染,但是对于预防无机污染却基本无效,因此,在现行的海水淡化厂中都会投加阻垢剂以降低无机盐结垢污染。但是,阻垢剂的大量使用,一方面导致运营成本升高,同时可能导致水体的二次污染。
因此,一些研究人员提出使用更紧密的海水预处理纳滤膜作为MF/UF预处理的替代方案(参见Y.Song et al.,J.Membr.Sci.,2013,443,第201-209页),通过消除海水的硬度离子(如Ca2+、Mg2+)而降低进入下游反渗透膜的结垢污染。虽然采用NF进行海水预处理似乎是可行的,但是同样会导致相对较高的资金投入和运行成本。
因此,先进的抗污染膜材料也一直在发展改进中,例如制备含有银纳米线、复合金属氧化物、多壁碳纳米管、两亲性离子等材料的抗污染反渗透膜材料(参见US8875906B2,EP2722101A2,M.Son et al.,Chem.Eng.J.2015,266,第376-384页;R.Yang et al.,Adv.Mater.,2014,26,第1711-1718页),一方面降低脱盐层(又称功能层)的粗糙度,另一方面提高脱盐层(又称功能层)的亲水性,降低其对污染物的吸附。因此,如何改进反渗透膜材料,进而通过调节功能层的结构及理化性质来优化膜的性能,在维持高脱盐率的同时大大提高反渗透膜的抗污染性能,是目前反渗透膜法海水淡化亟待解决的重要问题之一。
发明内容
发明要解决的问题
为了解决现有的海水淡化反渗透膜易结垢的问题,本发明旨在提供一种抗结垢型反渗透膜的制备方法及其制备的用于海水淡化的反渗透膜,在确保反渗透膜的高脱盐率的同时显著提升抗无机结垢能力,大大降低反渗透膜法海水淡化的资金投入和运营成本。
用于解决问题的方案
本发明的发明人等为了实现以上目的,通过深入研究发现,通过将具有原子级的光滑表面的二维纳米材料引入脱盐层(又称功能层),改性反渗透膜的表面理化性质,利用二维纳米材料分子内极性键引起的表面能量褶皱,以及二维纳米材料分子和水分子尺寸相当的晶格常数,使二维纳米材料分子与水分子之间发生强烈的相互作用而在脱盐层表面形成致密的水层,从而阻碍矿物离子在脱盐层表面附着和生长,降低脱盐层表面浓差极化程度,可以在确保反渗透膜的高脱盐率和高通量的同时显著提升抗无机结垢能力。
本发明的一个方面涉及一种反渗透膜的制备方法,其包括以下步骤:
配制铸膜液,使所述铸膜液在支撑材料上固化形成基膜,所述铸膜液包含聚合物、溶剂;
使所述基膜依次浸入水相溶液、有机相溶液,所述水相溶液包含作为水相单体的胺类化合物,所述有机相溶液包含二维纳米材料和作为有机相单体的酰氯类化合物,所述二维纳米材料具有原子级的光滑表面;
经后处理、干燥后得到反渗透膜。
根据本发明所述的制备方法,其中所述聚合物为双酚A型PSF、聚芳砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚二氮杂萘醚砜酮、聚芳醚砜酮、杂萘联苯聚芳醚腈酮和聚丙烯腈中的至少一种;优选地,以所述铸膜液的总重量计,所述聚合物的含量优选为18.0wt%~22.0wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种;所述支撑材料为聚丙烯(PP)无纺布、聚酯(PET)无纺布、腈纶(PAN)无纺布和氯纶(PVC)无纺布中的任一种,优选地为聚酯(PET)无纺布。
根据本发明所述的制备方法,其中所述铸膜液还包含亲水性成孔剂,优选地,所述亲水性成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、聚乙烯醇中的至少一种;优选地,以所述铸膜液的总重量计,所述亲水性成孔剂的含量为0.1wt%~5.0wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述胺类化合物为间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、均苯三胺、乙二胺、哌嗪、3-氨基哌嗪中的至少一种;优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述胺类化合物的含量为1.0wt%~5.0wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述水相溶液还包含表面活性剂和缚酸剂;优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述表面活性剂的含量为0.01wt%以上至0.5wt%以下,所述缚酸剂的含量为0.5wt%~5.0wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述二维纳米材料为六方氮化硼;优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述二维纳米材料的含量为0.01wt%~0.1wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述酰氯类化合物为均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、联苯四酰氯中的至少一种;优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述酰氯化合物的含量为0.1wt%~0.5wt%。
根据本发明所述的制备方法,其中所述有机相溶液还包含有机溶剂,优选地,所述有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、甲苯、Isopar G中的至少一种。
本发明的另一个方面涉及一种根据本发明的反渗透膜的制备方法制得的反渗透膜,该反渗透膜适用于海水淡化。
发明的效果
与现有技术相比,本发明具有以下优点:在有机相溶液中加入具有原子级的光滑表面的二维纳米材料,一方面提高反渗透膜表面的光滑度,减少成核位点,降低晶体和脱盐层表面的结合强度;另一方面在脱盐层表面形成致密的水层,阻碍矿物离子在脱盐层表面的附着和生长。这种利用具有原子级的光滑表面的二维纳米材料进行改性的用于海水淡化的反渗透膜的制备方法,操作简单且成本低,在不影响反渗透膜的性能(例如脱盐率和通量等)的前提下,显著提升了其抗结垢能力,减少了反渗透膜在用于海水淡化过程中投入的阻垢剂的用量,且延长了清洗周期、减少了停机时间,大大降低了反渗透膜法海水淡化的运营成本。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外,为了更好地说明本发明,在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解,没有某些具体细节,本发明同样可以实施。在另外一些实例中,对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述,以便于凸显本发明的主旨。
如无特殊声明,本说明书中所使用的单位均为国际标准单位,并且本发明中出现的数值,数值范围,均应当理解为包含了工业生产中所不可避免的系统性误差。
本说明书中,使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中,所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如,特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中,并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外,应理解,所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本说明书中,使用“数值A~数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中,使用“常温”、“室温”时,其温度可以是10-40℃。
本发明提供一种反渗透膜的制备方法,其包括以下步骤:
配制铸膜液,使所述铸膜液在支撑材料上固化形成基膜,所述铸膜液包含聚合物、溶剂;
使所述基膜依次浸入水相溶液、有机相溶液,所述水相溶液包含作为水相单体的胺类化合物,所述有机相溶液包含二维纳米材料和作为有机相单体的酰氯类化合物;
经后处理、干燥后得到反渗透膜。
本发明的技术构思在于:将具有原子级的光滑表面的二维纳米材料引入脱盐层(又称功能层),改性反渗透膜的表面理化性质,利用二维纳米材料分子内的极性键引起的表面能量褶皱,以及二维纳米材料分子和水分子尺寸相当的晶格常数,使二维纳米材料分子与水分子之间发生强烈的相互作用而在脱盐层表面形成致密的水层,从而阻碍矿物离子在脱盐层表面附着和生长,降低脱盐层表面浓差极化程度,可以在确保反渗透膜的高脱盐率的同时显著提升抗无机结垢能力。
在本发明所述的制备方法中,所述聚合物为双酚A型PSF、聚芳砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚二氮杂萘醚砜酮、聚芳醚砜酮、杂萘联苯聚芳醚腈酮和聚丙烯腈中的至少一种。对于聚合物的分子量没有特别限制,优选地,数均分子量在30000~50000之间。
在本发明所述的制备方法中,对于所述铸膜液中的溶剂没有特别限制,只要其能够充分溶解聚合物即可,优选地,所述铸膜液中的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。
所述支撑材料通常为无纺布,对其具体种类没有特别限制,优选地为聚丙烯(PP)无纺布、聚酯(PET)无纺布、腈纶(PAN)无纺布和氯纶(PVC)无纺布中任一种,更优选地为聚酯(PET)无纺布。
优选地,以所述铸膜液的重量计,所述聚合物的用量为18~22wt%。如果聚合物的用量低于18wt%,会使得制备得到的膜的耐压性能不足,不利于在海水淡化的高压条件下应用。如果聚合物的用量高于22wt%,则会使得铸膜液的粘度过大,会导致基膜容易产生缺陷,且导致基膜孔数过少,不利于水相单体吸附,导致脱盐层缺陷。
在本发明所述的制备方法中,优选地,所述铸膜液还包含亲水性成孔剂(又称亲水性致孔剂),其作用在于促进基膜表面孔形成,提高基膜表面水相胺单体的吸附能力和均匀性。
优选地,所述亲水性成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、聚乙烯醇中的至少一种。
更优选地,使用PVP作为亲水性成孔剂,制造的膜具有更稳定的化学性质;能更有效地控制膜的孔径的尺寸和孔的分布,增加膜孔的密度,提高膜的渗透性,改善膜表面的亲水性,并且良好的生物相容性。
优选地,以所述铸膜液的总重量计,所述亲水性成孔剂的含量为0.1wt%~5.0wt%。含量低于0.1wt%时,基膜的孔数过少,不利于水相单体的吸附;含量超过5.0wt%时,铸膜液稳定性差,基膜易产生缺陷。
对于将铸膜液涂覆在无纺布上的方法没有特别限定,可以使用本领域通常使用的涂覆方法,例如流延法、浸涂法、刮涂法、旋转涂覆法等,更优选为刮涂法。涂覆在无纺布上之后接着浸在凝固浴中,使得铸膜液凝固成膜。
在本发明中,形成基膜的方法没有特别限制,优选采用液-固相转化法形成基膜。优选地,相转化发生时间控制为0.5~5min,水浴温度为10~20℃,热固化水浴温度为60~80℃。
作为一个非限制性的例子,所述基膜的制备工序包括:
将0.1wt%~5.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和18~22wt%聚砜(双酚A型PSF、聚芳砜、聚醚砜中的至少一种)加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到均相溶液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温;将该铸膜液涂布在无纺布基材上并浸入凝固浴中处理300s后,完成基膜的制备。
在本发明所述的制备方法中,所述胺类化合物为间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、均苯三胺、乙二胺、哌嗪、3-氨基哌嗪中的至少一种。
优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述胺类化合物的含量为1.0wt%~5.0wt%。含量低于1.0wt%时,聚合度偏低,难以确保高脱盐率;含量超过5.0wt%时,导致所制备的膜的通量低。
在本发明所述的制备方法中,优选地,所述水相溶液还包含表面活性剂和缚酸剂。
所述表面活性剂的作用在于促进作为水相单体的胺类化合物在基膜表面的有效吸附。对其具体种类没有限制,可以使用本领域常见的表面活性剂,优选地,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
所述缚酸剂的作用在于将溶液的pH值调节至9~12的范围内,从而更有利于界面聚合反应的进行。所述pH调节剂可以为选自氢氧化钠、磷酸氢钾、氢氧化钾、碳酸钠、三乙胺/樟脑磺酸中的至少一种。其中三乙胺和樟脑磺酸组合使用用于调节pH,这样可以使反应相对温和一些,是界面聚合反应中常见的pH调节搭配。优选地,所述缚酸剂的含量为0.5wt%~5.0wt%。
优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述表面活性剂的含量为0.01wt%以上至0.5wt%以下,当含量超过0.5wt%时,会导致吸附能力过强,而降低界面聚合中水相单体的扩散,不利于聚酰胺脱盐层的生长。
对于基膜与水相溶液的接触时间和接触温度没有特别限定,优选在20~30℃的温度范围内接触5~60秒。
在本发明所述的制备方法中,所述二维纳米材料为六方氮化硼(简称hBN),利用B-N极性键引起的表面能量褶皱,以及hBN分子和水分子尺寸相当的晶格常数,使hBN分子与水分子之间发生强烈的相互作用而在脱盐层表面形成致密的水层,阻碍矿物离子在脱盐层表面附着和生长,降低脱盐层表面浓差极化程度。
优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述二维纳米材料的含量为0.01wt%~0.1wt%。当含量低于0.01wt%时,对膜的抗结垢性能无改善;当含量超过0.1wt%时,在有机相溶液中的分散性差,导致脱盐层缺陷。
在本发明所述的制备方法中,所述酰氯类化合物为均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、联苯四酰氯中的至少一种;优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述酰氯化合物的含量为0.1wt%~0.5wt%。当含量低于0.1wt%时,聚合度过低,脱盐率差;当含量超过0.5wt%时,聚合度太高导致通量很低。
在本发明所述的制备方法中,所述有机相溶液还包含有机溶剂,优选地,所述有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、甲苯、Isopar G中的至少一种。
对于基膜与有机相溶液的接触时间和接触温度没有特别限定,优选在20~25℃的温度范围内接触5~60秒。
作为一个非限制性的例子,所述功能层(又称脱盐层)的制备工序包括:
将基膜浸入含有1.0wt%~5.0wt%间苯二胺、0.5wt%~5.0wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.01wt%~0.5wt%十二烷基硫酸钠的水相溶液接触30s~60s后,去除膜片表面的水相液滴;接着将浸入含有0.01wt%~0.1wt%六方氮化硼、0.1wt%~0.5wt%均苯三甲酰氯的有机相溶液30s~60s后,取出膜片去掉残留的有机相溶液。
所得的膜可以任选地浸入包含2wt%碳酸钠的水溶液中清洗,接着用包含10~20wt%甘油的水溶液进行保湿处理,然后在50~90℃的温度下干燥。碳酸钠的作用是清洗残留的胺类化合物、酰氯类化合物及界面聚合产生的低聚物。
本发明还提供根据上述的制备方法制得的反渗透膜,该反渗透膜不仅具有优异的脱盐率和高的通量,而且显著提升了抗结垢能力,减少了反渗透膜在用于海水淡化过程中投入的阻垢剂的用量,且延长了清洗周期、减少了停机时间,大大降低了反渗透膜法海水淡化的运营成本。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
对比例
(1)基膜的制备
将3.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和20.0wt%双酚A型PSF加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有4.0wt%间苯二胺、0.5wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.5wt%十二烷基硫酸钠的水相溶液接触60s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.3wt%均苯三甲酰氯的环己烷溶液40s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为80℃的烘箱中烘干,即得到SWRO反渗透膜。
实施例1
(1)基膜的制备
将3.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和20.0wt%双酚A型PSF加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有4.0wt%间苯二胺、0.5wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.5wt%十二烷基硫酸钠的水相溶液接触60s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.01wt%六方氮化硼、0.3wt%均苯三甲酰氯的环己烷溶液40s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为80℃的烘箱中烘干,即得到SWRO-hBN-2反渗透膜。
实施例2
(1)基膜的制备
将0.1wt%聚乙烯吡咯烷酮和18.0wt%杂萘联苯聚芳醚腈酮加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有1.0wt%间苯二胺、1.5wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.3wt%十二烷基苯磺酸钠的水相溶液接触40s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.03wt%六方氮化硼、0.5wt%均苯三甲酰氯的环己烷溶液40s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为90℃的烘箱中烘干,即得到SWRO-hBN-2反渗透膜。
实施例3
(1)基膜的制备
将1.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和19.0wt%聚芳砜加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有2.0wt%邻苯二胺、2.0wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.2wt%十二烷基硫酸钠的水相溶液接触40s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.05wt%六方氮化硼、0.4wt%均苯四甲酰氯的Isopar G溶液60s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为70℃的烘箱中烘干,即得到SWRO-hBN-3反渗透膜。
实施例4
(1)基膜的制备
将4.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和21.0wt%聚芳醚砜酮加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有3.0wt%对苯二胺、3.5wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.1wt%十二烷基苯磺酸钠的水相溶液接触50s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.08wt%六方氮化硼、0.2wt%联苯四酰氯的正庚烷溶液30s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为60℃的烘箱中烘干,即得到SWRO-hBN-4反渗透膜。
实施例5
(1)基膜的制备
将5.0wt%聚乙烯吡咯烷酮和22.0wt%聚醚砜加入处于搅拌状态的DMF中进行混合分散,在70℃下搅拌6h,得到铸膜液;在-80kPa下进行真空脱泡处理后过滤,冷却至室温,将该溶液涂布在PET无纺布基材上并浸入温度为15℃的去离子水凝固浴中处理300s后,获得基膜。
(2)反渗透膜的制备
将(1)中制备的基膜浸入含有5.0wt%均苯三胺、5.0wt%三乙胺/樟脑磺酸、0.05wt%十二烷基苯磺酸钠的水相溶液接触50s后,去除膜片表面的水相液滴;接着浸入含有0.1wt%六方氮化硼、0.1wt%间苯二甲酰氯的环己烷溶液30s后,取出膜片去掉残留有机相溶液后,浸入碳酸钠浓度为2.0wt%的水溶液中清洗3min,再在甘油浓度为8.0wt%的水溶液中浸润5min,取出放入温度为50℃的烘箱中烘干,即得到SWRO-hBN-5反渗透膜。
性能测试与结果
将在对比例及实施例1~5中制备的膜片分别放在高压膜片检测台进行性能测试。在操作压力为800psi,原水(原水的配制方法为:先配制500ppm碳酸氢钠和1000ppm氯化钙的混合水溶液,然后用氯化钠将溶液总浓度配至32000ppm),溶液温度为25℃、pH为8的测试条件下,运行不同时间以测试膜片的通量和脱盐率,结果如下表1所示。
运行24h后,采用盐酸浓度0.2wt%的水溶液清洗1h,再按上述条件进行性能测试,并且按下式计算膜片的通量衰减率和清洗后的通量恢复率,结果如下表1所示。
通量衰减率=(1-F1/F0)*100%
通量恢复率=(F2/F0)*100%
式中F0为运行1h的初始通量,L/m2·h;F1为运行24h的通量,L/m2·h;F2为用盐酸浓度为0.2wt%的水溶液清洗1h后的通量,L/m2·h。
表1
由上表1所显示的数据来看,与对比例制备的反渗透膜相比,按照本发明的方法制备的反渗透膜不仅保持了极高的脱盐率,而且初始通量也显著提高,此外,通量的抗衰减能力有了极大提高,通量衰减量的大幅度降低,减少了阻垢剂的用量,且延长了系统清洗周期、减少了停机时间,大大降低了反渗透膜法海水淡化的运营成本,进一步地,本发明的反渗透膜在运行一段时间且被清洗后,通量恢复率也相对于对比例制备的反渗透膜具有显著提高。
需要说明的是,尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案,但本领域技术人员能够理解,本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
产业上的可利用性
本发明的制备方法操作简单且成本低,在不影响反渗透膜的性能(例如脱盐率和通量等)的前提下,显著提升了其抗结垢能力,减少了反渗透膜在用于海水淡化过程中投入的阻垢剂的用量,且延长了清洗周期、减少了停机时间,大大降低了反渗透膜法海水淡化的运营成本。
Claims (10)
1.一种反渗透膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
配制铸膜液,使所述铸膜液在支撑材料上固化形成基膜,所述铸膜液包含聚合物、溶剂;
使所述基膜依次浸入水相溶液、有机相溶液,所述水相溶液包含作为水相单体的胺类化合物,所述有机相溶液包含二维纳米材料和作为有机相单体的酰氯类化合物,所述二维纳米材料具有原子级的光滑表面;
经后处理、干燥后得到反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述聚合物为双酚A型PSF、聚芳砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚二氮杂萘醚砜酮、聚芳醚砜酮、杂萘联苯聚芳醚腈酮和聚丙烯腈中的至少一种;优选地,以所述铸膜液的总重量计,所述聚合物的含量为18.0wt%~22.0wt%。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种;所述支撑材料为聚丙烯(PP)无纺布、聚酯(PET)无纺布、腈纶(PAN)无纺布和氯纶(PVC)无纺布中的任一种,优选地为聚酯(PET)无纺布。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述铸膜液还包含亲水性成孔剂,优选地,所述亲水性成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、聚乙烯醇中的至少一种;优选地,以所述铸膜液的总重量计,所述亲水性成孔剂的含量为0.1wt%~5.0wt%。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述胺类化合物为间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、均苯三胺、乙二胺、哌嗪、3-氨基哌嗪中的至少一种;优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述胺类化合物的含量为1.0wt%~5.0wt%。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述水相溶液还包含表面活性剂和缚酸剂;优选地,以所述水相溶液的总重量计,所述表面活性剂的含量为0.01wt%以上至0.5wt%以下,所述缚酸剂的含量为0.5wt%~5.0wt%。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述二维纳米材料为六方氮化硼;优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述二维纳米材料的含量为0.01wt%~0.1wt%。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述酰氯类化合物为均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、联苯四酰氯中的至少一种;优选地,以所述有机相溶液的总重量计,所述酰氯化合物的含量为0.1wt%~0.5wt%。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述有机相溶液还包含有机溶剂,优选地,所述有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、甲苯、Isopar G中的至少一种。
10.一种根据权利要求1~9任一项所述的制备方法制得的反渗透膜。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211484776.6A CN118059696A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
PCT/CN2023/131570 WO2024109592A1 (zh) | 2022-11-24 | 2023-11-14 | 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211484776.6A CN118059696A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118059696A true CN118059696A (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=91096170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211484776.6A Pending CN118059696A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118059696A (zh) |
WO (1) | WO2024109592A1 (zh) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105879701B (zh) * | 2016-05-06 | 2018-09-25 | 北京林业大学 | 一种二维纳米材料嵌层的新型复合正渗透膜及其制备方法 |
CN108452684B (zh) * | 2018-03-20 | 2020-04-24 | 时代沃顿科技有限公司 | 一种金属有机框架反渗透膜及其制备方法 |
CN110449046A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-15 | 恩泰环保科技(常州)有限公司 | 一种mof改性抗污染复合反渗透膜及其制备方法 |
CN113368688B (zh) * | 2020-03-09 | 2024-03-29 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种氧化二硫化钼二维纳米复合膜的制备方法 |
US20220032240A1 (en) * | 2020-07-29 | 2022-02-03 | Aspen Products Group, Inc. | Separation Membrane and Methods of Preparation Thereof |
CN112023732B (zh) * | 2020-08-05 | 2022-05-31 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种正渗透复合膜及其制备方法和应用 |
CN114028947A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-02-11 | 浙江工业大学 | 一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法 |
CN114849474B (zh) * | 2022-05-07 | 2023-04-28 | 北京理工大学 | 基于氮化硼改性的聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-11-24 CN CN202211484776.6A patent/CN118059696A/zh active Pending
-
2023
- 2023-11-14 WO PCT/CN2023/131570 patent/WO2024109592A1/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024109592A1 (zh) | 2024-05-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shockravi et al. | A new high performance polyamide as an effective additive for modification of antifouling properties and morphology of asymmetric PES blend ultrafiltration membranes | |
CN109847586B (zh) | 高通量反渗透膜及其制备方法和用途 | |
Zuo et al. | Ultrahigh flux of polydopamine-coated PVDF membranes quenched in air via thermally induced phase separation for oil/water emulsion separation | |
US11148099B2 (en) | Graphene-based membrane and method of producing the same | |
EP1064986B1 (en) | Composite semipermeable membrane, process for producing the same, and method of purifying water with the same | |
CN109224861A (zh) | 一种金属有机骨架改性纳滤/反渗透膜及其应用 | |
CN109126480B (zh) | 一种金属有机框架纳米片改性正渗透膜及其制备方法和应用 | |
CN111939775A (zh) | 一种耐溶剂反渗透复合膜的制备方法 | |
CN102089068A (zh) | 混杂的纳米粒子tfc膜 | |
KR20150124952A (ko) | 복합 반투막 | |
CN110756065B (zh) | 类水滑石纳米片改性分离膜、其制备方法及应用 | |
CN105597552A (zh) | 高水通量高截盐率正渗透膜及一步法制备该正渗透膜的方法 | |
CN114653210B (zh) | 一种基于喷涂法的高通量渗透汽化膜、其制备方法与应用 | |
Aqaei et al. | Modified emulsion polyvinyl chloride membranes for enhanced antifouling and dye separation properties by introducing tungsten disulfide (WS2) nanosheets | |
CN114016285A (zh) | 一种用于海水淡化的功能纳米纤维膜的制备方法 | |
JP2001327840A (ja) | 複合半透膜およびその製造方法 | |
CN115055061B (zh) | 一种具有高渗透选择性的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 | |
JP4284767B2 (ja) | 複合半透膜およびそれを用いた造水方法、流体分離素子 | |
CN118059696A (zh) | 反渗透膜的制备方法和由其制备的反渗透膜 | |
JPWO2016136966A1 (ja) | 複合半透膜 | |
CN110354684A (zh) | 一种低能耗的反渗透膜及其制备方法和应用 | |
CN112221363B (zh) | 一种正渗透复合膜及其制备方法和应用 | |
Eghbalazar et al. | Novel thin film nanocomposite forward osmosis membrane embedded with amine functionalized UiO-66 metal organic frameworks as an effective way to remove heavy metal Cr3+ ions | |
Jiang et al. | Preparation and characterization of high-flux poly (m-phenylene isophthalamide)(PMIA) hollow fiber ultrafiltration membrane | |
JP2000202257A (ja) | 複合半透膜およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |