CN102728247B - 一种复合正渗透膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合正渗透膜的制备方法。目前正渗透过程存在内浓差极化现象。本发明方法首先将聚砜和添加剂加入溶剂中搅拌溶解，得到分散均匀的聚砜铸膜液；配制质量百分比为0.05～5﹪的环糊***溶液和均苯酰氯正己烷溶液；然后用刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入凝固浴去离子水中，得到聚砜超滤底膜；将聚砜超滤底膜先后浸泡在环糊***溶液和均苯酰氯正己烷溶液中，固化后得到复合正渗透膜。本发明方法工艺简单，所制备的正渗透膜具有很高机械强度、耐溶剂性、较高的水通量和高盐截留率。
Description
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种复合正渗透膜的制备方法。
背景技术
正渗透技术(FO)是近年来发展起来的一种依靠浓度驱动新型的膜分离技术，它是以选择透过性膜两侧的渗透压差作为驱动力的膜过程。正渗透技术具有广阔的应用前景，可以用在污水净化相比于反渗透,它具有以下优点：正渗透是一个自发过程，在分离过程中不需要外界能量；正渗透是非压力驱动***，几乎没有膜污染；正渗透只需要克服流动阻力，对膜组件的材质无任何要求；正渗透分离过程水的回收率高，而且没有浓水的排放，对环境污染小。因此，与反渗透相比，正渗透具有明显的优势，但是采用正渗透仍面临着以下问题：目前在FO工艺中，仍然采用的是市售的普通的RO(反渗透)膜。实验表明采用RO膜进行FO工艺的研究，测得水通量远远低于预期的值，主要原因是由于RO膜的结构造成了浓差极化十分严重，因此开发新的正渗透膜，提高正渗透膜的水通量、减少浓差极化具有十分重要的意义。
目前商品正渗透膜只有美国Hydration Technology Inc.公司通过相转化法生产，相关专利为WO2006110497A2，材料选用醋酸纤维素类，使其应用过程中受到处理溶液pH条件的限制，且其膜通量较低。但是其具有化学热稳定性较差，易降解，可用PH范围窄等缺点。另外一种PBI正渗透膜，价格昂贵，不适合大规模工业生产。TFC-FO复合膜化学稳定性好，成本较低，是一种比较合适的正渗透膜材料。
环糊精(cyclodextrin,CD)是由环糊精葡萄糖转移酶作用于淀粉所产生的一组环状低聚糖。内部疏水、外部亲水,是环糊精的重要特征之一。由于其分子结构特殊,故能与多种小分子形成包结配合物,大多数聚合物都具有良好的机械性能,易于加工成型。以化学键合或物理混合方法将环糊精引入聚合物结构中,则可形成一类既具有聚合物的良好性能,又保持环糊精结构特点的含环糊精聚合物。因此,环糊精及其衍生物在化学分离、化学分析、医药、食品、农药等多种领域有着广泛的应用。目前,国内外学者对环糊精的研究大多数集中在环糊精分子的包结功能、合成功能新材料等方面。近年来,将环糊精引入到高分子膜内,利用环糊精的空腔等性状来强化膜分离性能成为了一个新的研究热点。因此，本文旨在制备一种以聚砜为底膜，采用环糊精为界面聚合物质的新型正渗透膜。
发明内容
本发明的目的是为解决正渗透过程存在内浓差极化现象,提供一种复合正渗透膜的制备方法，具有制备工艺简单，高机械强度，耐溶剂性能同时提高水通量和截留率的等特点。
本发明方法的具体步骤是：
步骤(1).将聚砜和添加剂加入溶剂中搅拌溶解，搅拌温度为40～120℃，搅拌时间为12～48小时；然后真空下抽滤1～2小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液；聚砜铸膜液中各物质的质量含量为：聚砜8～30﹪、溶剂50～80﹪、添加剂2～20﹪；
所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、二甲基吡咯烷酮中的一种或多种的混合物；
所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、氯化锌、甲醇、乙醇中的一种；
步骤(2).将环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.05～5﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.05～5﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
所述的环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精中的一种或多种；
步骤(3).用刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入凝固浴去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
所述的凝固浴去离子水的温度为5～30℃；所述的刮刀厚度为10～180μm；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中1～8分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液0.5～5分钟；然后在60～150℃下固化2～15分钟，得到复合正渗透膜。
本发明方法以聚砜超滤膜作为支撑底膜，提高水通量(该超滤底膜纯水通量可达到120-250L/m2h·0.1兆帕)，为正渗透膜制备提供可一条新途径。
本发明方法采用新型的界面聚合物质环糊精，有利于减小正渗透过程中存在的内浓差极化问题，提高正渗透的水通量。环糊精作为一种绿色高分子具有较好的亲水性，抗污染性。该方法所制备的正渗透膜具有很高机械强度，耐溶剂性，较高的水通量和高盐截留率，为制备正渗透膜开辟了一条新途径，可以用于污水处理，海水淡化，食品加工，医药以及纺织行业等领域。
具体实施方式
实施例1.
步骤(1).将3Kg聚砜和2Kg聚乙二醇加入5Kg二甲基甲酰胺中40℃下搅拌48小时，真空下抽滤1小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将α-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.05﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.05﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为10μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入5℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中1分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液1分钟；然后在60℃下固化15分钟，得到复合正渗透膜。实施例2.
步骤(1).将1.8Kg聚砜和0.2Kg聚乙烯吡咯烷酮加入8Kg二甲基乙酰胺中120℃下搅拌12小时，真空下抽滤2小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将β-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.1﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.1﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为20μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入10℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中2分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液0.5分钟；然后在120℃下固化5分钟，得到复合正渗透膜。
实施例3.
步骤(1).将0.8Kg聚砜和1.2Kg氯化锂加入8Kg二甲基亚砜中80℃下搅拌24小时，真空下抽滤1.5小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将γ-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为1﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为1﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为100μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入20℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中5分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液3分钟；然后在100℃下固化10分钟，得到复合正渗透膜。实施例4.
步骤(1).将2Kg聚砜和2Kg氯化锌加入3Kg二甲基亚砜和3Kg二甲基吡咯烷酮的混合溶剂中60℃下搅拌30小时，真空下抽滤1小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将β-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.3﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.3﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为150μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入25℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中6分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液2分钟；然后在150℃下固化2分钟，得到复合正渗透膜。实施例5.
步骤(1).将2.5Kg聚砜和0.5Kg甲醇加入7Kg六甲基磷酰胺中50℃下搅拌45小时，真空下抽滤1.5小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将质量比为1:1:1的α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为5﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为2﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为50μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入15℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中8分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液5分钟；然后在80℃下固化12分钟，得到复合正渗透膜。实施例6.
步骤(1).将1.5Kg聚砜和1Kg乙醇加入7.5Kg二甲基吡咯烷酮中100℃下搅拌15小时，真空下抽滤1小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将质量比为1:1的α-环糊精和β-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为2﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为5﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为180μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入30℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中7分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液4分钟；然后在110℃下固化8分钟，得到复合正渗透膜。实施例7.
步骤(1).将1Kg聚砜和1Kg氯化锌加入4Kg二甲基甲酰胺和4Kg二甲基乙酰胺的混合溶剂中90℃下搅拌18小时，真空下抽滤1.5小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液
步骤(2).将α-环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.5﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.5﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用厚度为50μm的刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入20℃去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中3分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液2分钟；然后在90℃下固化10分钟，得到复合正渗透膜。
以上各实施例制得的复合膜的水通量测试结果如表1所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 水通量(L/m2h） | 24.9 | 28.7 | 35.8 | 30.8 | 31.2 | 29.8 | 32.7 |
Claims (3)
1.一种复合正渗透膜的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤是：
步骤(1).将聚砜和添加剂加入溶剂中搅拌溶解，搅拌温度为40～120℃，搅拌时间为12～48小时；然后真空下抽滤1～2小时，得到分散均匀的聚砜铸膜液；聚砜铸膜液中各物质的质量含量为：聚砜8～30﹪、溶剂50～80﹪、添加剂2～20﹪；
所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、二甲基吡咯烷酮中的一种或多种的混合物；
所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、氯化锌、甲醇、乙醇中的一种；
步骤(2).将环糊精溶解在蒸馏水中，配制成环糊精质量百分比为0.05～5﹪的环糊***溶液；将均苯酰氯溶解在正己烷中，配制成均苯酰氯质量百分比为0.05～5﹪的均苯酰氯正己烷溶液；
步骤(3).用刮刀将分散均匀的聚砜铸膜液刮在无纺布上，然后浸入凝固浴去离子水中，成膜后，用去离子水除去残余溶剂，得到聚砜超滤底膜；
步骤(4).将聚砜超滤底膜浸泡在环糊***溶液中1～8分钟，取出后再浸泡在均苯酰氯正己烷溶液0.5～5分钟；然后在60～150℃下固化2～15分钟，得到复合正渗透膜。
2.如权利要求1所述的一种复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种复合正渗透膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的凝固浴去离子水的温度为5～30℃；所述的刮刀厚度为10-180μm。
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