WO2023116287A1 - 复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜 - Google Patents

复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜 Download PDF

Info

Publication number
WO2023116287A1
WO2023116287A1 PCT/CN2022/132634 CN2022132634W WO2023116287A1 WO 2023116287 A1 WO2023116287 A1 WO 2023116287A1 CN 2022132634 W CN2022132634 W CN 2022132634W WO 2023116287 A1 WO2023116287 A1 WO 2023116287A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
preparation
composite nanofiltration
nanofiltration membrane
solution
membrane
Prior art date
Application number
PCT/CN2022/132634
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
曾焕
陈心笛
胡利杰
梁松苗
Original Assignee
沃顿科技股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 沃顿科技股份有限公司 filed Critical 沃顿科技股份有限公司
Publication of WO2023116287A1 publication Critical patent/WO2023116287A1/zh

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68Polysulfones; Polyethersulfones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/027Nanofiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/30Polyalkenyl halides
    • B01D71/32Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/36Polytetrafluoroethene
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination
    • Y02A20/131Reverse-osmosis

Definitions

  • the size of the surface pore size of the base membrane will affect the mass transfer rate of the aqueous phase monomer during the interfacial polymerization reaction.
  • the solvent environment in the interfacial polymerization miscibility zone on the surface of different base membranes is determined by This changes.
  • other factors such as the mass transfer distribution of the monomer in the water phase also need to be included in the consideration of the impact of the interfacial polymerization reaction. This multi-factorial influence makes it difficult to form a simple rule for the law affected by the base membrane during the preparation of the composite nanofiltration membrane.
  • the present disclosure aims to weaken the influencing factors of the different mass transfer rates of the aqueous phase monomers in the interfacial polymerization reaction due to the size of the surface pore size of the base membrane.
  • a functional layer with an adjustable structure can be obtained, thereby obtaining a composite nanofiltration membrane with different maximum molecular weight cut-offs.
  • the interfacial polymerization reaction under the same formulation conditions is coated on the base membrane with different surface average pore sizes.
  • the functional layer structures of the corresponding nanofiltration membranes differ significantly only in the average pore size. That is, the surface average pore size of the functional layer of the composite nanofiltration membrane obtained by coating the base membrane surface with a larger average pore size is larger, while the composite nanofiltration membrane obtained by coating the base membrane surface with a smaller average pore size The surface average pore size of the functional layer is smaller.
  • the amine compound is one or more selected from m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, ethylenediamine, piperazine, preferably, the aqueous phase Based on the weight of the solution, the concentration of the amine compound is 3-5 wt%.
  • the concentration of the silane coupling agent is 0.01-1 wt%.
  • the concentration of the biomass acid is 0.1-10wt%.
  • the biomass acid is at least one selected from tannic acid, tartaric acid, citric acid, and gluconic acid.
  • the present disclosure relates to a preparation method of a composite nanofiltration membrane, which comprises the following steps:
  • the polymer is at least one selected from bisphenol A polysulfone, polyarylsulfone, and polyethersulfone , based on the weight of the polymer solution, the concentration of the polymer is 10-20wt%;
  • the base film obtained in the above steps is sequentially contacted with an aqueous phase solution comprising an amine compound, a silane coupling agent and a biomass acid, and an oil phase solution comprising polyacyl chlorides to form a functional layer;
  • Composite nanofiltration membranes are obtained after post-treatment and drying.
  • the technical idea of the preparation method of the present disclosure is to obtain basement membranes with different surface average pore sizes by adjusting the concentration of the polymer in the polymer solution, and then use the basement membrane as a support layer, by adding a silane coupling agent and Biomass acid is used to eliminate the influence of the mass transfer rate of the monomer in the water phase and other reaction variable factors such as the change of the interfacial polymerization reaction rate caused by the difference in the mass transfer distribution range of the monomer, so that the interfacial polymerization reaction is only affected by the surface average of the base film. Due to the influence of different pore sizes, functional layers with different surface average pore sizes are correspondingly obtained through interfacial polymerization, and the adjustable surface average pore size of the functional layer is realized in a simple way.
  • the coating method is not particularly limited, and coating methods commonly used in the field of nanofiltration membrane preparation can be used, such as casting method, dip coating method, blade coating method, spin coating method, etc., and blade coating method is more preferred. After being coated on the non-woven fabric, it is then immersed in a coagulation bath to coagulate into a film.
  • the coagulation bath is pure water, and the temperature of the coagulation bath is 10-15°C.
  • the base film is soaked in an aqueous alkali metal hydroxide solution with a concentration of 1-10 wt%, washed with pure water, and dried before being used in subsequent steps.
  • the purpose of immersion is to wash away the solvent in the casting solution remaining in the basement film.
  • the alkali metal hydroxide may be, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.
  • the bisphenol A polysulfone, polyarylsulfone, and polyethersulfone have structural units represented by the following general formulas (1) to (3):
  • n is the number of structural units in a single molecular chain, and its value is between 5-50, preferably, the value of n is between 10-15.
  • the concentration of the polymer is 10-20 wt%.
  • the average pore diameter of the base film is in the range of 5-20 nm.
  • the concentration of the silane coupling agent is 0.01-1 wt%.
  • the amine compound used as the monomer of the water phase there is no special limitation on the amine compound used as the monomer of the water phase, and the amine compound commonly used in the interfacial polymerization reaction can be used.
  • the amine compound is selected from m-phenylenediamine , p-phenylenediamine, ethylenediamine, and piperazine; more preferably, based on the weight of the aqueous phase solution, the concentration of the amine compound is 3-5 wt%.
  • the solvent in the oil phase solution is at least one selected from dichloromethane, chloroform, dichloroethane, n-hexane, ethylcyclohexane, and propylene oxide.
  • the polymer is selected from bisphenol A polysulfone, polyarylsulfone, at least one of polyethersulfone;
  • the base film is soaked in an aqueous alkali metal hydroxide solution with a concentration of 1-5 wt%, then washed with pure water and dried for use;
  • the base film obtained in the above steps is sequentially mixed with an aqueous phase solution containing an amine compound having a concentration of 3-5wt%, a silane coupling agent having a concentration of 0.01-1wt%, and a biomass acid having a concentration of 0.1-10wt%.
  • the oil phase solution of polyacyl chlorides with a concentration of 0.10-0.50wt% is in contact to form a functional layer;
  • the contact time with the water-phase solution and the oil-phase solution for example, it may be 5-300 seconds. Preferably, it is taken out after contact to remove excess solution on the surface.
  • the present disclosure also relates to a composite nanofiltration membrane prepared by the preparation method according to the present disclosure.
  • the composite nanofiltration membrane includes from bottom to top: a non-woven fabric layer, a polymer base film support layer, and a functional layer.
  • the resulting nanofiltration membrane I can filter molecules with a molecular weight below 400 Da and retain molecules with a molecular weight above 400 Da.
  • Preparation of polysulfone concentration is 20wt% casting solution, scraping film on non-woven fabric to prepare polysulfone-based membrane support layer I with surface average pore diameter of 5nm, soaking in 1wt% sodium hydroxide aqueous solution for 30mins, using Wash with ultrapure water and dry; then with 3.0wt% m-phenylenediamine, 0.2wt% 3-aminopropyltriethoxysilane, 2wt% gluconic acid, 4wt% camphorsulfonic acid, 2wt% triethyl Contact the aqueous phase solution of the amine for 20s, take it out and remove excess water droplets on the surface; contact it with an ethylcyclohexane solution containing 0.15wt% trimesoyl chloride for 20s, take it out, and heat-treat the above-mentioned membrane at 70°C 10mins.
  • the resulting nanofiltration membrane IV can filter molecules with a mo
  • basement membranes with different surface average pore sizes can be obtained as a support layer through the preparation method of the present disclosure, and then a silane coupling agent and biomass acid are added to the aqueous phase solution to eliminate the monomers in the aqueous phase, respectively.
  • the influence of the mass transfer rate of the monomer and other reaction variable factors such as the change of the interfacial polymerization reaction rate caused by the difference in the mass transfer distribution range of the monomer can make the interfacial polymerization reaction only affected by the difference in the surface average pore size of the base membrane.
  • the reaction is carried out on the base membrane to obtain functional layers with different surface average pore sizes.
  • the resulting composite nanofiltration membrane not only maintains high water flux but also has different maximum molecular weight cut-offs, which can be used for high-selectivity filtration. Separation of substances with a molecular weight between 200Da and 400Da, between 400Da and 600Da, and between 600Da and 800Da.
  • the preparation method of the present disclosure obtains basement membranes with different surface average pore sizes by adjusting the concentration of the polymer solution, and then eliminates the mass transfer rate of the aqueous phase monomer by adding silane coupling agent and biomass acid to the aqueous phase solution
  • the impact of different mass transfer distribution ranges of monomers and other reaction variable factors such as changes in the interfacial polymerization reaction rate can make the interfacial polymerization reaction only affected by the difference in the surface average pore size of the base membrane, so that correspondingly different
  • the functional layer with the surface average pore size can realize the adjustable surface average pore size of the functional layer in a simple way, and finally obtain a composite nanofiltration membrane with different maximum molecular weight cut-offs, which can be used for highly selective filtration and separation of molecular weights between 200Da and Substances between 400 Da, between 400 Da and 600 Da, and between 600 Da and 800 Da.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本公开涉及复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜。所述复合纳滤膜的制备方法包括以下步骤:制备聚合物溶液作为铸膜液,使所述铸膜液在增强材料上固化形成基膜;接着依次与包含胺类化合物、硅烷偶联剂和生物质酸的水相溶液、包含多元酰氯的油相溶液接触以形成功能层;经后处理、干燥后得到复合纳滤膜。在本公开的制备方法中,通过调节铸膜液中聚合物的浓度从而得到具有不同的表面平均孔径大小的基膜;通过在水相溶液中添加硅烷偶联剂和生物质酸以消除其他反应变量因素,使得界面聚合反应仅受基膜平均孔径大小的影响,相应地得到具有不同的表面平均孔径大小的功能层的复合纳滤膜,从而具有不同的最大截留分子量。

Description

复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜 技术领域
本公开涉及复合纳滤膜的技术领域,特别涉及一种复合纳滤膜的制备方法和由此制得的复合纳滤膜。
背景技术
复合纳滤膜分离技术是一种截留分子量介于反渗透和超滤膜之间的、对分子量在200-1000Da之间的物质进行分离的膜分离技术。市场已经发展出对于更细分的不同分子量的物质进行分离的复合纳滤膜技术的需求。譬如,部分药物主要成分的分离过程中采用的复合纳滤膜需要对分子量在200-400Da之间的物质进行分离,这就要求市场开发出对于分子量在200Da以下的物质能够滤过和对分子量在400Da以上的物质能够截留的复合纳滤膜。
这样更细分的组分分离要求使得复合纳滤膜必须具备孔径大小的分布范围较窄的特点。为此,制备得到具有高选择性的功能层的结构可调节的复合纳滤膜成为一种必需手段,而在功能层的结构可调节的基础上,才能获得具备孔径大小的分布范围较小的复合纳滤膜。现有技术中对于复合纳滤膜的孔径结构的调节,多是采用在界面聚合反应过程中的条件变化来实现所得复合纳滤膜的功能层的结构变化。
但是,在复合纳滤膜的制备过程中,基膜的结构和表面形貌对于界面聚合反应具有重要影响。因此,通过基膜的结构和表面形貌变化来实现功能层的结构的可调节可以作为一种直接且简单有效的手段。但是基膜的结构和表面形貌改变,所引起覆膜过程中的界面聚合反应条件的改变在常规覆膜方法中变化因素诸多。在此情况下,难以掌控其影响复合纳滤膜的功能层的孔径大小和分布的变化规律。
这需要考虑到以下两点情况:首先,功能层的制备是通过界面聚合反应,亦即以有机化学中经典的肖顿-鲍曼(Schotten-Bauman)反应为依据,采用逐步 增长机理制备具有分离作用的高分子量聚合物脱盐层。此过程将两种带有不同活性基团的单体或预聚物分别溶于两种互不相溶的溶剂中,当两种溶液互相接触时再在界面处反应。由于界面聚合反应速度极快且生成的功能层很薄,而且聚合反应中又涉及到单体传质和反应的同时进行、聚合物链增长、聚合物相分离等多个过程,所以难以对界面聚合反应过程监控从而实现对反应过程进行准确的动力学分析。其次,提供这种界面并且作为支撑材料的聚砜层,会直接地影响聚酰胺功能层的形成过程,进而影响复合纳滤膜的性能。
通常将提供界面聚合反应界面并且作为支撑材料的聚砜层称为基膜。一般地,基膜的断面结构主要决定复合膜的机械性能;而基膜的表面结构(表面孔径、孔分布)以及亲疏水性等,均能影响水相单体从基膜表面的膜孔传质到有机相中参与界面聚合反应的过程(传质速率、传质分布),从而影响功能层的结构和复合膜的性能。此外,基膜和通过界面聚合反应形成的功能层初生膜的界面之间会存在共价键、氢键、静电吸引等相互作用,这些相互作用会影响聚合物链的组装,从而影响功能层的结构。
所以,仅就“基膜对功能层的结构和性能的影响”系列问题当中的“界面聚合膜表面粗糙结构的产生”而言,已有数种不同的理论和数学模型解释。当考虑采用通过基膜的结构和表面形貌变化来影响复合纳滤膜的功能层的结构时,需要做到弱化某些次要的相关因素,而只考虑主要的相关因素对界面聚合反应的影响。
基膜的表面孔径的大小会影响界面聚合反应过程中的水相单体传质速率,此时在相同的覆膜配方条件下,不同基膜的表面的界面聚合反应混溶区的溶剂环境由此发生变化。而除了水相单体传质速率改变以外,其他如水相单体传质分布的因素也需包含在界面聚合反应所受影响的考虑因素之中。这种多因素的影响使得复合纳滤膜制备过程中的受基膜影响的规律难以形成简单的规律。
发明内容
发明要解决的问题
为了解决现有技术中存在的上述问题,本公开旨在弱化由于基膜的表面孔径的大小导致在界面聚合反应中水相单体传质速率不同的影响因素,在受到较少因素影响的情况下得到结构可调节的功能层,从而得到具有不同的最大截留分子量的复合纳滤膜。
用于解决问题的方案
本公开的发明人通过深入研究发现,在基膜的制备过程中,通过调节铸膜液中聚合物的浓度可以得到具有不同的表面平均孔径大小的基膜;进一步地,通过在水相溶液中添加硅烷偶联剂和生物质酸以分别消除水相单体的传质速率的影响和因单体传质分布范围不同而引起的界面聚合反应速率变化等其他反应变量因素,可以使得界面聚合反应仅受基膜平均孔径大小不同的影响,在考虑相应的基膜引起复合纳滤膜的功能层的结构变化时,只需考虑基膜的表面平均孔径大小导致的水相单体传质分布的影响。
在相同的覆膜配方和界面聚合反应条件下,当基膜的表面平均孔径从大到小变化时,可以相应地得到功能层的表面平均孔径从大到小的复合纳滤膜,从而得到具有不同的最大截留分子量即具有选择性分离功能的复合纳滤膜。
综上,在传质速率与反应速率受基膜的表面平均孔径的影响均降低以后,在相同配方条件下的界面聚合反应分别在具有不同表面平均孔径大小的基膜上覆膜时,所得到的相应的纳滤膜的功能层结构只在平均孔径大小上存在明显区别。亦即,在具有较大平均孔径的基膜表面覆膜得到的复合纳滤膜的功能层的表面平均孔径更大,而在具有较小平均孔径的基膜表面覆膜得到的复合纳滤膜的功能层的表面平均孔径较小。
本公开提供一种复合纳滤膜的制备方法,所述方法包括以下步骤:
制备聚合物溶液作为铸膜液,使所述铸膜液在增强材料上固化形成基膜,所述聚合物为选自双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜中的至少一种,以所述聚合物溶液的重量计,所述聚合物的浓度为10-20wt%;
将以上步骤中得到的基膜依次与包含胺类化合物、硅烷偶联剂和生物质 酸的水相溶液、包含多元酰氯的油相溶液接触以形成功能层;
经后处理、干燥后得到复合纳滤膜。
根据本公开所述的制备方法,其中所述双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜分别具有由以下通式(1)至(3)表示的结构单元:
Figure PCTCN2022132634-appb-000001
其中,n为单个分子链中的结构单元数,其值在5-50之间。
根据本公开所述的制备方法,其中所述胺类化合物为选自间苯二胺、对苯二胺、乙二胺、哌嗪中的一种或几种,优选地,以所述水相溶液的重量计,所述胺类化合物的浓度为3-5wt%。
根据本公开所述的制备方法,其中以所述水相溶液的重量计,所述硅烷偶联剂的浓度为0.01-1wt%。
根据本公开所述的制备方法,其中所述硅烷偶联剂为选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
根据本公开所述的制备方法,其中以所述水相溶液的重量计,所述生物质酸的浓度为0.1-10wt%。
根据本公开所述的制备方法,其中所述生物质酸为选自鞣酸、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸中的至少一种。
根据本公开所述的制备方法,其中所述多元酰氯为选自均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、草酰氯中的至少一种。
根据本公开所述的制备方法,其中以所述油相溶液的重量计,所述多元酰氯的浓度为0.10-0.50wt%。
本公开还提供一种根据本公开所述的制备方法制得的复合纳滤膜。
发明的效果
通过本公开的制备方法可以得到具有不同的表面平均孔径的基膜作为支撑层,继而通过界面聚合反应在基膜上进行覆膜得到具有不同的表面平均孔径大小的功能层,所得的复合纳滤膜具有不同的最大截留分子量,可用于高选择性地过滤分离分子量在200Da至800Da之间的物质。
具体实施方式
本公开涉及一种复合纳滤膜的制备方法,其包括以下步骤:
制备聚合物溶液作为铸膜液,使所述铸膜液在增强材料上固化形成基膜,所述聚合物为选自双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜中的至少一种,以所述聚合物溶液的重量计,所述聚合物的浓度为10-20wt%;
将以上步骤中得到的基膜依次与包含胺类化合物、硅烷偶联剂和生物质酸的水相溶液、包含多元酰氯的油相溶液接触以形成功能层;
经后处理、干燥后得到复合纳滤膜。
本公开制备方法的技术构思在于,通过调节聚合物溶液中聚合物的浓度得到具有不同的表面平均孔径的基膜,进而以基膜作为支撑层,通过在水相溶液中添加硅烷偶联剂和生物质酸以分别消除水相单体的传质速率的影响和因单体传质分布范围不同而引起的界面聚合反应速率变化等其他反应变量因素,使得界面聚合反应仅受基膜的表面平均孔径大小不同的影响,通过界面聚合反应相应地得到具有不同的表面平均孔径的功能层,以简单的方法实现功能层的表面平均孔径的可调节。
在相同的覆膜配方和界面聚合反应条件下,当基膜的表面平均孔径从大 到小变化时,可以相应地得到功能层的表面平均孔径从大到小的复合纳滤膜,从而得到具有不同的最大截留分子量即具有选择性分离功能的复合纳滤膜。
在本公开的制备方法中,将聚合物溶液作为铸膜液涂覆在增强材料上,优选地,所述增强材料为无纺布,例如PP无纺布、PET无纺布、PA无纺布。
对于涂覆方法没有特别限定,可以使用纳滤膜制备领域中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,凝固成膜。
在本公开的制备方法中,优选地,凝固浴为纯水,凝固浴温度为10-15℃。
在本公开的制备方法中,优选地,将基膜浸泡在浓度为1-10wt%的碱金属氢氧化物水溶液中,用纯水清洗、干燥后再用于后续步骤。浸泡的目的是洗去基膜中残留的铸膜液中的溶剂。所述碱金属氢氧化物例如可以是氢氧化钠、氢氧化钾等。
在本公开的制备方法中,优选地,所述双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜分别具有由以下通式(1)至(3)表示的结构单元:
Figure PCTCN2022132634-appb-000002
其中,n为单个分子链中的结构单元数,其值在5-50之间,优选地,n值在10-15之间。
在本公开的制备方法中,优选地,以所述聚合物溶液的重量计,所述聚 合物的浓度为10-20wt%。
在本公开的制备方法中,优选地,通过对基膜表面进行扫描电子显微镜(SEM)分析,基膜(又称为支撑层)的表面平均孔径在5-20nm的范围内。
在本公开的制备方法中,硅烷偶联剂的加入使得作为水相单体的胺类化合物在基膜表面孔内铺展更均匀,并且大大加快了胺类化合物在界面聚合反应过程中的传质速率,弱化了胺类化合物的传质速率因基膜表面平均孔径大小不同而引起的变化,减少了因基膜的表面平均孔径大小不同而产生的传质速率的差异,从而使得在不同的表面平均孔径大小的基膜上覆膜时的胺类化合物的传质速率基本一致。因此,所得复合纳滤膜的功能层结构,只受胺类化合物的传质分布范围的影响而不受传质速率的影响。
在本公开的制备方法中,优选地,以所述水相溶液的重量计,所述硅烷偶联剂的浓度为0.01-1wt%。
在本公开的制备方法中,所述硅烷偶联剂为选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
生物质酸的加入改变了界面聚合反应混溶区的酸碱度等。由勒夏特列原理可知,其改变了界面聚合反应形成聚酰胺的过程中释放HCl的速率,亦即降低了界面聚合反应速率。在具有不同的表面平均孔径大小的基膜上覆膜时,该作用使得界面聚合反应速率总是较慢的,因单体传质分布范围不同而引起的界面聚合反应速率变化趋于消失。
在本公开的制备方法中,优选地,以所述水相溶液的重量计,所述生物质酸的浓度为0.1-10wt%。
在本公开的制备方法中,优选地,所述生物质酸为选自鞣酸、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸中的至少一种。
在本公开的制备方法中,对于作为水相单体的胺类化合物没有特别限定,可以使用界面聚合反应中通常使用的胺类化合物,优选地,所述胺类化合物为选自间苯二胺、对苯二胺、乙二胺、哌嗪中的一种或几种;更优选地,以 所述水相溶液的重量计,所述胺类化合物的浓度为3-5wt%。
在本公开的制备方法中,优选地,在水相溶液中还可以包含三乙胺、樟脑磺酸以形成水相缓冲体系三乙胺樟脑磺酸盐(TEA-CSA),从而将水相溶液的pH值调节在8至10的范围内,以更有利于胺类化合物的扩散以及促进水相和油相两相的混溶以促进界面聚合反应的进行。
在本公开的制备方法中,对于作为油相单体的多元酰氯没有特别限定,可以使用界面聚合反应中通常使用的多元酰氯,优选地,所述多元酰氯为选自均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、草酰氯中的至少一种;更优选地,以所述油相溶液的重量计,所述多元酰氯的浓度为0.10-0.50wt%。
在本公开的制备方法中,优选地,油相溶液中的溶剂为选自二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、正己烷、乙基环己烷、环氧丙烷中的至少一种。
作为一个非限制性实例,本公开的复合纳滤膜的制备方法包括以下步骤:
制备浓度为10-20wt%的聚合物溶液作为铸膜液,使所述铸膜液在无纺布上固化形成基膜,所述聚合物为选自双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜中的至少一种;
优选地,将基膜浸泡在浓度为1-5wt%的碱金属氢氧化物水溶液中,接着用纯水清洗并且干燥备用;
将以上步骤中得到的基膜依次与包含浓度为3-5wt%的胺类化合物、浓度为0.01-1wt%的硅烷偶联剂和浓度为0.1-10wt%的生物质酸的水相溶液、包含浓度为0.10-0.50wt%的多元酰氯的油相溶液接触以形成功能层;
经后处理、干燥后得到复合纳滤膜。
对于与水相溶液和油相溶液接触的时间没有特别限定,例如可以是5-300秒,优选地,在接触后取出,去除表面多余的溶液。
在本公开的制备方法中,所述后处理优选为去除表面多余的溶液,然后清洗,例如采用去离子水进行清洗。对于烘干温度没有特别限制,通常为50-70℃;对于烘干时间也没有特别限制,通常为1-30分钟。
本公开还涉及一种通过根据本公开的制备方法制备得到的复合纳滤膜, 优选地,所述复合纳滤膜从下至上依次包括:无纺布层、聚合物基膜支撑层、以及功能层。
实施例
下面结合具体的实施例进一步详细说明本公开,但本公开的技术方案绝不限于以下实施例。需要说明的是,实施例中采用的试剂、原料和设备除非特别说明,皆为商购可得的常规产品。
实施例1
配制聚砜浓度为20wt%的铸膜液,在无纺布上刮膜,在温度为12℃的水浴中进行凝固成膜,制备得到表面平均孔径为5nm的聚砜基膜支撑层I,在浓度为1wt%的氢氧化钠水溶液中浸泡30mins,用超纯水洗涤,晾干。接着与包含3.0wt%间苯二胺、0.1wt%的3-氨丙基三乙氧基硅烷、1wt%的鞣酸、4wt%樟脑磺酸、2wt%三乙胺的水相溶液接触20s,取出后去除表面多余的水滴;与包含0.15wt%均苯三甲酰氯的乙基环己烷溶液接触20s,取出,将上述制得膜片在70℃的条件下热处理10mins。得到的纳滤膜I可以使得分子量在400Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于400Da的分子被截留。
实施例2
除了配制聚砜浓度为15wt%的铸膜液、在无纺布上刮膜制备得到表面平均孔径为10nm的聚砜基膜支撑层II以外,以与实施例1相同的方式进行,得到的纳滤膜II可以使得分子量在600Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于600Da的分子被截留。
实施例3
除了配制聚砜浓度为10wt%的铸膜液、在无纺布上刮膜制备得到表面平均孔径为20nm的聚砜基膜支撑层III以外,以与实施例1相同的方式进行,得到的纳滤膜III可以使得分子量在800Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于800Da的分子被截留。
实施例4
配制聚砜浓度为20wt%的铸膜液,在无纺布上刮膜制备得到表面平均孔径为5nm的聚砜基膜支撑层I,在浓度为1wt%的氢氧化钠水溶液中浸泡30mins,用超纯水洗涤,晾干;接着与包含3.0wt%间苯二胺、0.2wt%的3-氨丙基三乙氧基硅烷,2wt%的葡萄糖酸、4wt%樟脑磺酸、2wt%三乙胺的水相溶液接触20s,取出后去除表面多余的水滴;与包含0.15wt%均苯三甲酰氯的乙基环己烷溶液接触20s,取出,将上述制得膜片在70℃的条件下热处理10mins。得到的纳滤膜IV可以使得分子量在400Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于400Da的分子被截留。
实施例5
除了配制聚砜浓度为15wt%的铸膜液、在无纺布上刮膜制备得到表面平均为10nm的聚砜基膜支撑层II以外,以与实施例4相同的方式进行,得到的纳滤膜V可以使得分子量在600Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于600Da的分子被截留。
实施例6
除了配制聚砜浓度为10wt%的铸膜液、在无纺布上刮膜制备得到表面平均孔径为20nm的聚砜基膜支撑层III以外,以与实施例4相同的方式进行,得到的纳滤膜VI可以使得分子量在800Da以下的分子被滤过并且使得分子量高于800Da的分子被截留。
膜片性能检测:
选择四种不同分子量的标的物如下:PEG200(Da=200)、结晶紫(Da=407)、溴百里香酚蓝(Da=624)、固绿(Da=809),分别溶解在水中得到各自浓度为1wt%的溶液作为浓水,然后使用以上实施例1-6中的复合纳滤膜在100psi压力条件下过滤得到产水,记录水通量和采用TOC检测法计算得出膜片的截留率,将实施例1-6中得到的各复合纳滤膜的截留率和水通量列于下表1中。
表1
Figure PCTCN2022132634-appb-000003
从以上结果可以看出,通过本公开的制备方法可以得到具有不同的表面平均孔径的基膜作为支撑层,继而在水相溶液中添加硅烷偶联剂和生物质酸以分别消除水相单体的传质速率的影响和因单体传质分布范围不同而引起的界面聚合反应速率变化等其他反应变量因素,可以使得界面聚合反应仅受基膜的表面平均孔径大小不同的影响,通过界面聚合反应在基膜上进行覆膜得到具有不同的表面平均孔径大小的功能层,所得的复合纳滤膜不仅保持了较高的水通量而且具有不同的最大截留分子量,可用于高选择性地过滤分离分子量在200Da至400Da之间、400Da至600Da之间、600Da至800Da之间的物质。
以上所述的具体实施例,对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应理解的是,以上所述仅为本公开的实施例而已,并不 用于限制本公开,凡在本公开的原则和精神之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
产业上的可利用性
本公开的制备方法通过调节聚合物溶液的浓度得到具有不同的表面平均孔径的基膜,进而通过在水相溶液中添加硅烷偶联剂和生物质酸以分别消除水相单体的传质速率的影响和因单体传质分布范围不同而引起的界面聚合反应速率变化等其他反应变量因素,可以使得界面聚合反应仅受基膜的表面平均孔径大小不同的影响,从而相应地得到具有不同的表面平均孔径大小的功能层,以简单的方法实现功能层的表面平均孔径大小的可调节,最终得到具有不同的最大截留分子量的复合纳滤膜,可用于高选择性地过滤分离分子量在200Da至400Da之间、400Da至600Da之间、600Da至800Da之间的物质。

Claims (10)

  1. 一种复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
    制备聚合物溶液作为铸膜液,使所述铸膜液在增强材料上固化形成基膜,所述聚合物为选自双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜中的至少一种,以所述聚合物溶液的重量计,所述聚合物的浓度为10-20wt%;
    将以上步骤中得到的基膜依次与包含胺类化合物、硅烷偶联剂和生物质酸的水相溶液、包含多元酰氯的油相溶液接触以形成功能层;
    经后处理、干燥后得到复合纳滤膜。
  2. 根据权利要求1所述的制备方法,其中所述双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜分别具有由以下通式(1)至(3)表示的结构单元:
    Figure PCTCN2022132634-appb-100001
    其中,n为单个分子链中的结构单元数,其值在5-50之间。
  3. 根据权利要求1或2所述的制备方法,其中所述胺类化合物为选自间苯二胺、对苯二胺、乙二胺、哌嗪中的一种或几种,优选地,以所述水相溶液的重量计,所述胺类化合物的浓度为3-5wt%。
  4. 根据权利要求1或2所述的制备方法,其中以所述水相溶液的重量计,所述硅烷偶联剂的浓度为0.01-1wt%。
  5. 根据权利要求4所述的制备方法,其中所述硅烷偶联剂为选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-氨 丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
  6. 根据权利要求1或2所述的制备方法,其中以所述水相溶液的重量计,所述生物质酸的浓度为0.1-10wt%。
  7. 根据权利要求6所述的制备方法,其中所述生物质酸为选自鞣酸、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸中的至少一种。
  8. 根据权利要求1或2所述的制备方法,其中所述多元酰氯为选自均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、草酰氯中的至少一种。
  9. 根据权利要求1或2所述的制备方法,其中以所述油相溶液的重量计,所述多元酰氯的浓度为0.10-0.50wt%。
  10. 一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备的复合纳滤膜。
PCT/CN2022/132634 2021-12-22 2022-11-17 复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜 WO2023116287A1 (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111580559.2A CN116328565A (zh) 2021-12-22 2021-12-22 复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜
CN202111580559.2 2021-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023116287A1 true WO2023116287A1 (zh) 2023-06-29

Family

ID=86874758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2022/132634 WO2023116287A1 (zh) 2021-12-22 2022-11-17 复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116328565A (zh)
WO (1) WO2023116287A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117138605A (zh) * 2023-10-27 2023-12-01 湖南沁森高科新材料有限公司 一种超低压反渗透膜及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117138604B (zh) * 2023-08-25 2024-03-12 苏州苏瑞膜纳米科技有限公司 一种定制截留率的高通量纳滤复合膜的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101934201A (zh) * 2009-06-29 2011-01-05 北京时代沃顿科技有限公司 一种高选择性复合纳滤膜及其制备方法
JP2014000568A (ja) * 2012-05-22 2014-01-09 Daicen Membrane Systems Ltd 内圧式の中空糸型nf膜とその製造方法
CN106215726A (zh) * 2016-08-08 2016-12-14 贵阳时代沃顿科技有限公司 一种含硅耐溶剂纳滤膜及其制备方法
CN111298660A (zh) * 2020-02-27 2020-06-19 浙江理工大学 一种强稳定性抗污复合纳滤膜的制备方法
CN113318598A (zh) * 2021-05-17 2021-08-31 浙江工业大学 一种通过调节基膜孔径增强反渗透膜选择渗透性的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101934201A (zh) * 2009-06-29 2011-01-05 北京时代沃顿科技有限公司 一种高选择性复合纳滤膜及其制备方法
JP2014000568A (ja) * 2012-05-22 2014-01-09 Daicen Membrane Systems Ltd 内圧式の中空糸型nf膜とその製造方法
CN106215726A (zh) * 2016-08-08 2016-12-14 贵阳时代沃顿科技有限公司 一种含硅耐溶剂纳滤膜及其制备方法
CN111298660A (zh) * 2020-02-27 2020-06-19 浙江理工大学 一种强稳定性抗污复合纳滤膜的制备方法
CN113318598A (zh) * 2021-05-17 2021-08-31 浙江工业大学 一种通过调节基膜孔径增强反渗透膜选择渗透性的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117138605A (zh) * 2023-10-27 2023-12-01 湖南沁森高科新材料有限公司 一种超低压反渗透膜及其制备方法
CN117138605B (zh) * 2023-10-27 2024-01-23 湖南沁森高科新材料有限公司 一种超低压反渗透膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116328565A (zh) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2023116287A1 (zh) 复合纳滤膜的制备方法和由此制备的复合纳滤膜
WO2016107292A1 (zh) 一种亲水性抗污染聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法
Trivedi et al. Multifunctional amines enable the formation of polyamide nanofilm composite ultrafiltration and nanofiltration membranes with modulated charge and performance
CN110314559A (zh) 一种界面聚合复合膜的制备方法
JP7481759B2 (ja) ろ過膜の作製
JPH0374128B2 (zh)
CN112717717B (zh) 一种聚砜基膜、含该聚砜基膜的反渗透复合膜及制备方法
WO2021128886A1 (zh) 纳滤膜的制备方法和由此制备的纳滤膜
WO2022127637A1 (zh) 复合反渗透膜及其制备方法
Weng et al. Tailoring the structure of polyamide thin film composite membrane with zwitterions to achieve high water permeability and antifouling property
JP6642860B2 (ja) 水処理分離膜およびその製造方法
Zhao et al. Polyelectrolyte complex nanofiltration membranes: performance modulation via casting solution pH
WO2018063122A2 (en) Forward osmosis membrane obtained by using sulfonated polysulfone (spsf) polymer and production method thereof
Saraswathi et al. Separation of bovine serum albumin and humic acid contaminants from aqueous stream using tailored poly (amide imide) ultrafiltration membranes
CN111298666B (zh) 一种含有取向性碳纳米管的中空纤维正渗透复合膜及其制备方法
CN110354682B (zh) 一种抗生物污染反渗透膜及其制备方法和应用
JPH1128466A (ja) 逆浸透複合膜による水の逆浸透処理方法
Zhao et al. Construction of tunable “silica molecular brush” on the polyamide membrane surface for enhancing water permeability and antifouling performance
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
WO2022261703A1 (en) A composition, a method of making a composition, and a filter
JPS6028803A (ja) 選択性透過膜及びその製造方法
CN114053885A (zh) 一种耐高压聚酰胺膜及其制备方法
CN114653225B (zh) 改性的复合分离膜及其制备方法
US10576429B1 (en) Method of making an asymmetric polyvinylidene difluoride membrane
CN112007520B (zh) 一种耐生物污染反渗透膜及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22909603

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1