CN118105858A - 一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法；在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，进一步采用戊二醛化学交联和热处理后，制备反渗透膜抗污染防护层；制备方法是：制备两性离子聚乙烯亚胺、配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液、配制间苯二胺水相溶液；以聚砜基膜为支撑体，界面聚合方法制备反渗透膜的聚酰胺分离功能层，即初生态反渗透膜表面；在初生态反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和的石墨烯量子点水溶液，风刀吹干反渗透膜后，再涂敷戊二醛水溶液，进行化学交联和热处理，形成反渗透膜抗污染防护层。本发明两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点协同增强反渗透膜的抗污染性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法，属化工中膜分离技术。
背景技术
反渗透是最先进的水处理膜分离技术。在压力驱动下，反渗透膜可以脱除水中溶解的无机离子和分子量大于100的有机物。反渗透膜广泛用于饮用水处理和工业水处理。近几年，大力发展的超滤+反渗透的双膜工艺，用于污水的深度处理和回用、以及废水零排放等。但是反渗透膜在污水深度处理中频发膜污染现象。膜污染原因是污水中的腐殖酸、多糖、蛋白质等有机物吸附在膜表面，堵塞水通道，增加膜阻力，引起反渗透膜渗透通量降低。为清除反渗透膜污染，采用频繁的化学清洗方法，又导致污水回用成本增加，反渗透膜使用寿命降低。抗污染反渗透是膜工业发展的方向，其重要策略是防止污染物的吸附。
细胞膜表面磷脂分子的亲水基团是磷酸胆碱两性离子，由正电荷的胆碱基团和负电荷的磷酸基团构成，具有良好的抵御污染物吸附的性能。基于仿生思想，合成两性离子聚合物，用于抵御污染物吸附，已经在医用材料、抗菌涂层、海洋船舶涂层(防止海洋生物粘附)等方面有应用。反渗透膜防护层通常以氢键、共价键等方式直接结合在膜表面，增加了膜厚度，导致水传递膜阻力增加，因此渗透通量大幅度降低。
发明内容
本发明目的在于提供一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法。在反渗透膜表面共价交联两性离子聚乙烯亚胺，制备抗污染防护层。原位引入石墨烯量子点，在抗污染防护层中形成水通道，减少了防护层的膜阻力，协同强化防护层的抗污染功能。该防护层结构稳定性高，亲水性高，并且保持了反渗透膜的脱盐率和渗透通量，在污水深度处理和回用，以及废水零排放等方面具有应用价值。
本发明是通过以下技术方案实施：
一种反渗透膜抗污染防护层，在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，进一步采用戊二醛化学交联和热处理后，制备反渗透膜抗污染防护层；。
本发明的一种反渗透膜抗污染防护层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备两性离子聚乙烯亚胺：将聚乙烯亚胺和丙磺酸内酯溶解在无水乙醇中，化学反应后，减压蒸发除去溶剂乙醇，得到两性离子聚乙烯亚胺；
步骤2、柠檬酸在烘箱中热处理制备得到石墨烯量子点；分别称取两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点，配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液；
步骤3、配制间苯二胺水相溶液；配制均苯三甲酰氯正庚烷油相溶液；以聚砜基膜为支撑体，界面聚合方法制备反渗透膜的聚酰胺分离功能层，即初生态反渗透膜表面；
步骤4、在初生态反渗透膜表面，涂敷步骤2的两性离子聚乙烯亚胺和的石墨烯量子点水溶液，风刀吹干反渗透膜后，再涂敷戊二醛水溶液，进行化学交联和热处理，形成反渗透膜抗污染防护层。
所述的步骤1聚乙烯亚胺的分子量范围为600～50000。
所述的步骤1将质量分数5-15％的聚乙烯亚胺和1-5％丙磺酸内酯溶解在无水乙醇中，40-60℃搅拌反应10-24小时。
所述的步骤2中柠檬酸在200-220℃烘箱中，热处理1-10小时，得到石墨烯量子点。
所述的步骤2水溶液中两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.1-1.0％，石墨烯量子点质量分数为0.1-1％。
所述的步骤3水相溶液间苯二胺质量分数为0.5％～3.0％；正庚烷油相溶液中均苯三甲酰氯质量分数为0.1-0.3％；界面聚合时间为0.5-5分钟。
所述的步骤4戊二醛化学交联两性离子聚乙烯亚胺，水溶液中戊二醛质量分数为0.1-1％。
所述的步骤4反渗透膜抗污染防护层进行热处理；热处理温度为40-80℃，时间为5-20分钟。
具体说明如下：
本发明的一种反渗透膜抗污染防护层，聚乙烯亚胺和丙磺酸内酯反应，合成两性离子聚乙烯亚胺。该两性离子聚合物的正电荷基团为季铵盐，负电荷基团为磺酸根，具有高的亲水性、电中性、极小的偶极矩等特点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液。石墨烯量子点是零维纳米材料，表面有丰富的羟基、羧基等化学基团，与聚合物材料相容性好。以聚砜基膜为支撑体，间苯二胺为水相单体，均苯三甲酰氯为油相单体，界面聚合方法制备反渗透膜的聚酰胺分离功能层。在反渗透膜的分离功能层表面，再涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，进一步戊二醛交联和热处理后，制备一种反渗透膜抗污染防护层。本发明专利的反渗透膜抗污染防护层，两性离子聚乙烯亚胺在反渗透膜表面形成亲水性的防护层，减少污染物的吸附。通过戊二醛共价键交联和热处理，提高了防护层的稳定性。防护层中原位引入纳米材料石墨烯量子点，提高了防护层的孔隙率，增加了水通道，减少了水分子传递的膜阻力。两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点，协同强化了反渗透膜防护层的抗污染性能。
上述的一种反渗透膜抗污染防护层，是指在初生态反渗透膜(界面聚合形成聚酰胺功能分离层，没有加热处理和水清洗处理)表面在涂敷两性离子聚合物，并经过戊二醛化学交联和热处理，形成的稳定的保护层。
上述一种反渗透膜抗污染防护层的制备方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、在无水乙醇溶液中加入质量分数5-15％的聚乙烯亚胺和1-5％丙磺酸内酯，40-60℃搅拌反应10-24小时，蒸发除去溶剂，制备两性离子聚乙烯亚胺。
选用商品化聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺的分子量为600至50000。
步骤2、柠檬酸在200-220℃热处理1-10小时制备石墨烯量子点。
分别称取两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点，配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液。水溶液中两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.1-1.0％，石墨烯量子点质量分数为0.1-1％。
步骤3、配制水相溶液，间苯二胺的质量分数为0.5-3.0％。配制正庚烷油相溶液，均苯三甲酰氯质量分数为0.1-0.3％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合方法制备反渗透膜的聚酰胺分离功能层(又称为初生态反渗透膜)。
步骤4、在上述反渗透膜的分离功能层表面，涂敷步骤2的两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干反渗透膜后，再涂敷戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。水溶液中戊二醛质量分数为0.1-1.0％。
进一步通过热处理方法，提高反渗透膜抗污染防护层的稳定性。热处理温度为40-80℃，时间为5-20分钟。优选热处理温度为60℃，热处理时间为10分钟。
使用膜性能评测错流设备，测量反渗透膜的脱盐率和抗污染性能。以质量分数0.1％的氯化钠水溶液为料液，8.0bar压力下运行，收集渗透溶液。通过公式(1)计算反渗透膜的水渗透通量：
式(1)中：J为水通量，L/(m2hbar)；V为渗透体积，L；A为膜表面积，m2；Δt为渗透时间，h；P为操作压力，bar。
电导率仪测量原料液和渗透液中氯化钠浓度。通过公式(2)计算反渗透的脱盐率：
式(2)中：R为脱盐率，％；Cp为透过滤液的无机盐浓度，g/L；Cf为原料液无机盐浓度，g/L。0≤R≤100％，脱盐率等于1是无机盐被完全截留。
配制浓度为1.0g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液。在8.0bar的压力下运行，测量反渗透膜在污染体系下的初始通量(J1)。稳定运行12h后，用水清洗反渗透膜。再测量清洗后反渗透膜通量(Jw2)。根据公式(3)计算反渗透膜恢复率(FR)：
0≤FR≤100％。反渗透膜的通量恢复率越高，抗污染性能越好。FR等于1是反渗透膜完全抵御膜污染，没有通量衰减。
细胞膜表面的磷脂分子是两性离子基团，具有良好的抵御污染物吸附的能力。依据仿生原理，合成两性离子聚合物，也具有良好的抗污染性能。本发明的优点在于：为防止反渗透膜污染(污水中的腐殖酸、多糖分子、蛋白质等，在反渗透膜表面的吸附和沉积)，采用两性离子聚合物和纳米材料协同，制备抗污染防护层。本发明两性离子聚乙烯亚胺具有良好的亲水性能和电中性，在反渗透膜表面形成强烈的水化层，可以抵御污染物的吸附，从而获得抗污染反渗透膜。戊二醛既可以共价键交联反渗透膜和防护层，又同时交联聚乙烯亚胺，提高了防护层的稳定性。
以两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点配制水溶液，构建反渗透膜防护层。石墨烯量子点原位掺杂在防护层中，在交联的聚乙烯亚胺防护层中形成水通量，极大减少了防护层的水传递阻力，同时强化反渗透膜的抗污染性能。发展抗污染反渗透膜是污水深度处理和废水零排放的迫切技术需求。抗污染反渗透膜可以降低污水深度处理成本，提高产水率，提高反渗透膜使用寿命。本发明专利一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法，优点是使用两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点构建防护层，不但保持反渗透膜渗透通量，而且协同增强抗污染性能。本发明专利制备的抗污染反渗透膜，在污水深度处理、废水零排放等方面，有重要的应用价值。
附图说明：
图1本发明制备抗污染反渗透膜表面的扫描电子显微镜照片。
图2本发明制备抗污染反渗透膜断面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
实施例1
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，40℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理2小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.2％，石墨烯量子点质量分数为0.5％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为32°，水渗透通量为2.1L/(m2 h bar)，脱盐率为99.6％。通量恢复率为96％。
实施例2
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为600)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，50℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在210℃烘箱中，热处理4小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子化的聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.3％，石墨烯量子点质量分数为0.6％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为28°，水渗透通量为2.4L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为99.2％。通量恢复率为94％。
实施例3
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。15克聚乙烯亚胺(分子量为50000)和6克丙磺酸内酯溶解在84克乙醇中，50℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理6小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.1％，石墨烯量子点质量分数为0.5％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.1％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为34°，水渗透通量为2.8L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为98.8％。通量恢复率为99％。
实施例4
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。5克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和2克丙磺酸内酯溶解在93克乙醇中，40℃搅拌反应15小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在220℃烘箱中，热处理2小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.2％，石墨烯量子点质量分数为0.6％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为4分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为22°，水渗透通量为1.8L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为98.4％。通量恢复率为92％。
实施例5
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，60℃搅拌反应15小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理2小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.3％，石墨烯量子点质量分数为0.3％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.3％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.1％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为32°，水渗透通量为2.5L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为99.6％。通量恢复率为93％。
实施例6
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。15克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在80克乙醇中，60℃搅拌反应20小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理2小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.4％，石墨烯量子点质量分数为0.8％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为0.5分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子化的聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为32°，水渗透通量为2.3L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为98.7％。通量恢复率为92％。
实施例7
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，40℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理4小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.2％，石墨烯量子点质量分数为0.5％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.1％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为0.5分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为22°，水渗透通量为2.8L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为98.2％。通量恢复率为96％。
实施例8
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，50℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理4小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.2％，石墨烯量子点质量分数为0.5％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为2％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.3％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理5分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为33°，水渗透通量为2.1L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为98.5％。通量恢复率为98％。
实施例9
步骤1、两性离子聚乙烯亚胺合成。10克聚乙烯亚胺(分子量为10000)和5克丙磺酸内酯溶解在85克乙醇中，40℃搅拌反应24小时。70℃减压蒸馏除去溶剂，得到两性离子聚乙烯亚胺。
步骤2、50克柠檬酸在200℃烘箱中，热处理2小时，得到石墨烯量子点。配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液，两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.2％，石墨烯量子点质量分数为0.5％。
步骤3、界面聚合制备反渗透膜。水相溶液间苯二胺质量分数为3％。油相正庚烷中均苯三加酰氯质量分数为0.2％。以聚砜基膜为支撑体，界面聚合时间为1分钟，制备初生态反渗透膜。
步骤4、抗污染防护层制备。在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，风刀吹干后，再涂敷质量分数为0.2％的戊二醛水溶液，进行化学交联，形成反渗透膜抗污染防护层。最后60℃热处理10分钟，制备有抗污染防护层的反渗透膜。
步骤5、使用错流设备，测量反渗透膜的渗透水通量和脱盐率。以浓度为1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液作为模拟污染水溶液，测试反渗透膜的抗污染性能，计算通量恢复率。反渗透膜的水接触角为31°，水渗透通量为2.3L/(m2 h bar)，氯化钠截留率为99.2％。通量恢复率为95％。
测试表明，实施例1-9带有防护层反渗透膜通量，与相同条件制备没有防护层的反渗透膜通量接近，说明本发明专利反渗透膜的防护层没有增加膜阻力。以蛋白质为模拟污染物的反渗透膜水处理过程，实施例1-9反渗透膜的通量恢复率接近100％，说明本发明专利反渗透膜的防护层发挥很好的抗污染效果。
本发明公开的一种反渗透膜抗污染防护层及其制备方法。以间苯二胺为水相单体，均苯三甲酰氯为油相单体，界面聚合制备初生态的反渗透膜。在其表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，戊二醛化学交联和热处理，形成稳定的反渗透膜抗污染防护层。两性离子聚乙烯亚胺在反渗透膜表面形成亲水性的防护层，减少污染物的吸附。石墨烯量子点形成水通道，提高防护层的水渗透通量。戊二醛交联和热处理提高防护层的稳定性。本发明的关键点在于：两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点协同增强反渗透膜的抗污染性能。
尽管上面结合实施例和附图对本发明进行了详细的描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种反渗透膜抗污染防护层，其特征是，在反渗透膜表面涂敷两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点水溶液，进一步采用戊二醛化学交联和热处理后，制备反渗透膜抗污染防护层；。
2.权利要求1的一种反渗透膜抗污染防护层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、制备两性离子聚乙烯亚胺：将聚乙烯亚胺和丙磺酸内酯溶解在无水乙醇中，化学反应后，减压蒸发除去溶剂乙醇，得到两性离子聚乙烯亚胺；
步骤2、柠檬酸在烘箱中热处理制备得到石墨烯量子点；分别称取两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点，配制两性离子聚乙烯亚胺和石墨烯量子点的水溶液；
步骤3、配制间苯二胺水相溶液；配制均苯三甲酰氯正庚烷油相溶液；以聚砜基膜为支撑体，界面聚合方法制备反渗透膜的聚酰胺分离功能层，即初生态反渗透膜表面；
步骤4、在初生态反渗透膜表面，涂敷步骤2的两性离子聚乙烯亚胺和的石墨烯量子点水溶液，风刀吹干反渗透膜后，再涂敷戊二醛水溶液，进行化学交联和热处理，形成反渗透膜抗污染防护层。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤1聚乙烯亚胺的分子量范围为600～50000。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤1将质量分数5-15％的聚乙烯亚胺和1-5％丙磺酸内酯溶解在无水乙醇中，40-60℃搅拌反应10-24小时。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤2中柠檬酸在200-220℃烘箱中，热处理1-10小时，得到石墨烯量子点。
6.如权利要求2所述制备方法，其特征是，步骤2水溶液中两性离子聚乙烯亚胺质量分数为0.1-1.0％，石墨烯量子点质量分数为0.1-1％。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤3水相溶液间苯二胺质量分数为0.5％～3.0％；正庚烷油相溶液中均苯三甲酰氯质量分数为0.1-0.3％；界面聚合时间为0.5-5分钟。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤4戊二醛化学交联两性离子聚乙烯亚胺，水溶液中戊二醛质量分数为0.1-1％。
9.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤4反渗透膜抗污染防护层进行热处理；热处理温度为40-80℃，时间为5-20分钟。
Publications (1)
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| CN118105858A true CN118105858A (zh) | 2024-05-31 |
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