CN103933878A - 一种高通量复合反渗透膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分子复合膜，具体是指一种用于水处理的高通量复合反渗透膜。本发明的构成包括无纺布层、多孔支撑层和在多孔支撑层上的聚酰胺高分子脱盐层，其特点是将含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜在有机胺水溶液中进行浸泡处理，然后烘干、洗涤，得到高通量复合反渗透膜。本发明的优点是通过用含有机胺的水溶液对初生态聚酰胺高分子层进行浸泡处理，使得复合反渗透膜的水渗透性能得到大大提高。本发明还具有易于制备，脱盐率高的特点。本发明的反渗透膜具有广泛的用途。
Description
技术领域
本发明属水处理领域中的高分子复合膜，具体是指一种常规的聚酰胺类复合反渗透膜，经后处理后具有高的渗透通量。
技术背景
反渗透技术是一种高效、节能的绿色新型分离技术，具有设备简单、操作条件温和、处理量大、分离效率高等突出特点，已在海水和苦咸水淡化、废水处理与资源化、生物制品分离、环境工程、食品、医药等领域得到广泛应用，并已取得了很好的经济和社会效益；近年来，随着全球水资源短缺日益严重、水污染日益加重，反渗透技术在海水淡化、饮用水净化和水回用领域得到了更广泛的应用和重视。
以多孔膜为支撑层，通过多元胺和多元酰氯之间界面聚合反应，制备的聚酰胺类复合反渗透膜是目前应用最为广泛的反渗透膜，具有渗透通量大、选择分离性能好等优点。但是，聚酰胺类复合反渗透膜在实际使用过程中的运行压力较高，导致运行成本较高。这严重制约了反渗透技术在海水淡化、饮用水净化和水回用领域的大规模推广应用，尤其是在饮用水净化等领域的应用。因而，如何提高反渗透膜的渗透通量，降低膜运行压力，是目前提高复合反渗透运行效率、降低运行成本的关键。
在提高聚酰胺类复合反渗透膜的渗透通量方面，主要通过改变复合反渗透膜的聚酰胺类高分子脱盐层的微结构和化学物理性质。比如，通过在界面聚合的水相溶液中引入酚类单体、或亲水性大分子、或异丙醇等水溶性单体，可提高反渗透膜的渗透通量；通过改变界面聚合的有机相溶液的温度及交联剂的含量，可以调节复合膜的交联度和表面亲水性，从而提高膜渗透通量；通过对膜进行次氯酸钠浸泡处理降解，也可在一定程度上提高膜的渗透通量，但这往往会导致膜使用寿命缩短。
因而，尽管目前在提高聚酰胺类反渗透膜的渗透通量已取得了很大的进展，但是如何通过简单的方法制备高通量复合反渗透膜，仍是膜学术界和膜工业界追求的目标之一。
发明内容
本发明的目的是，提供一种高通量复合反渗透膜。提高聚酰胺类复合反渗透膜的渗透通量、降低运行压力、提高运行效率。
本发明是通过下述技术方案得以实现的：
一种高通量复合反渗透膜，包括无纺布层、多孔支撑层和在多孔支撑层上的聚酰胺高分子脱盐层，其特征在于：将初生态聚酰胺高分子脱盐层在有机胺水溶液中浸泡，然后烘干、洗涤，得到高通量复合反渗透膜。
本发明中的无纺布层为行业所共知的常规材料、多孔支撑层为本行业内的常规材料所制备的普通超滤膜层，仅作为支撑层在本发明中使用出现。
作为优选，上述的高通量复合反渗透膜中，所述的聚酰胺高分子是全芳香聚酰胺，或芳香聚酰胺-脲，或芳香聚酰胺-氨基甲酸酯，或芳族-脂族混合聚酰胺；
具体分子式表示如下：
A：全芳香聚酰胺
X为：-H或-Cl或-NO2或-CH3。
B：芳香聚酰胺-脲
Y为：-H或-Cl或-NO2或-CH3。
C：芳香聚酰胺-氨基甲酸酯
Z为：-H或-Cl或-NO2或-CH3。
D：或芳族-脂族混合聚酰胺
W为：-H或-Cl或-NO2或-CH3。
作为优选，上述的高通量复合反渗透膜中，所述的有机胺水溶液为二乙醇胺溶液水溶液，或乙醇胺水溶液，或它们的混合物。
作为优选，上述的高通量复合反渗透膜中，所述的有机胺水溶液的浓度为0.5-10.0wt％、pH为7.0-11.0、浸泡时间为0.5-60分钟；作为更佳选择，所述的有机胺水溶液的浓度为0.5-5.0wt％、pH为8.0-9.5、浸泡时间为0.5-10分钟。
本发明中所述的反渗透膜为平板膜，或中空纤维膜，或管式膜。
有益效果：本发明通过用含有机胺的水溶液对初生态聚酰胺高分子层进行浸泡处理，使得复合反渗透膜的水渗透性能得到大大提高。本发明的高通量复合反渗透膜的脱盐率不低于现有复合反渗透膜，而且制备方法也较简单。
具体实施方式
下面对本发明的实施作具体说明：
多孔支撑膜的制备：按常规方法制备，本发明是用13.0wt％的UDELPS3500LCD聚砜，0.2wt％的水和0.05wt％的表面活性剂溶于极性有机溶剂中，涂刮在聚酯无纺布上，然后浸入水中除去溶剂与添加剂后得到截留分子量(MWCO)为10.0万左右的多孔支撑膜。其中，表面活性剂至少包括烷基酚聚氧乙酯磷酸酯、十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙酯磷酸盐中的一种；极性有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺，或N，N-二甲基甲酰胺，或N-甲基吡咯烷酮，或它们的混合物。
初生态聚酰胺高分子脱盐层的制备：将湿态的聚砜支撑膜浸入到多元胺水溶液中约1分钟，取出、用橡皮辊滚压支撑膜表面挤干后，与多元酰氯溶液单面接触进行界面聚合反应约50秒钟，得到初生态聚酰胺高分子脱盐层。
初生态聚酰胺高分子脱盐层的后处理：
(1)常规复合反渗透膜的初生态聚酰胺高分子脱盐层的后处理：将前述制得的含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜，在80～100℃下热处理10分钟，并经去离子水洗涤，可得到含聚酰胺脱盐层的复合反渗透膜。
(2)高通量复合反渗透膜的初生态聚酰胺高分子脱盐层的后处理：将前述制得的含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜，在pH为7.0-11.0，含0.5-10.0wt％的二乙醇胺，或乙醇胺水溶液，或它们的混合物的水溶液中浸泡0.5-60分钟。取出后在80～100℃下热处理10分钟，并经去离子水洗涤，得到含聚酰胺脱盐层的高通量复合反渗透膜。
膜性脱盐率和水通量评价：
脱盐率和水通量是评价反渗透膜分离性能的两个重要参数。通过错流渗透试验，对反渗透膜进行分离性能评价。
脱盐率(R)定义为：在一定的操作条件下，进料液盐浓度(Cf)与渗透液中盐浓度(Cp)之差，再除以进料液盐浓度。
水通量定义为：在一定的操作条件下，单位时间内透过单位膜面积的水的体积，其单位为L/m2.h。
本发明中反渗透膜性能测定采用的操作条件为：进液为1000mg/L的氯化钠水溶液，操作压力为1.0MPa,操作温度为25℃，水溶液pH为6.8。
结果：
比较例1-4
采用现有常规技术制备复合反渗透膜，未对初生态聚酰胺高分子脱盐层进行浸泡有机胺水溶液处理，而直接在80～100℃下热处理10分钟，并经去离子水洗涤。得到的复合反渗透膜的分离性能如表1所示。
表1：比较例1-4
上述比较实例表明：采用现有常规技术制备的复合反渗透膜，具有较好的脱盐率，但水通量相对较低。
实施例5-8
采用现有技术制备含不同脱盐层材料的初生态聚酰胺类复合反渗透膜，然后将含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜在pH为8.0、含2.0wt％二乙醇胺的水溶液中浸泡5分钟，取出后在80～100℃下热处理10分钟，并经去离子水洗涤。得到的复合反渗透膜的分离性能如表2所示。
表2：实施例5-8
对比比较例1-4，上述实例表明：对含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜进行有机胺水溶液的浸泡处理，可显著提升复合膜的渗透通量，获得高通量复合反渗透膜。
实施例9-11
除了浸泡溶液中所含的有机胺种类不同外，采用与实施例5相同的制备方法制备复合反渗透膜。所制备的复合反渗透膜的分离性能如表3所示。
表3：实施例9-11
| 实施例 | 有机胺种类 | 脱盐率 | 水通量 |
| (％) | L/m2.h | ||
| 实施例9 | 二乙醇胺 | 98.5 | 61.6 |
| 实施例10 | 乙醇胺 | 98.7 | 62.5 |
| 实施例11 | 二乙醇胺与乙醇胺混合物(1/1) | 98.6 | 60.5 |
上述实例表明：采用含二乙醇胺，或乙醇胺，或它们的混合物的水溶液，对含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜进行浸泡处理，均可获得高通量复合反渗透膜。
实施例12-17
除了浸泡溶液的pH不同外，采用与实施例6相同的制备方法制备复合反渗透膜。所制备的复合反渗透膜的分离性能如表4所示。
表4：实施例12-17
上述实例与实施例6共同表明：采用不同pH的二乙醇胺水溶液，对含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜进行浸泡处理，均可获得高通量复合反渗透膜，但以pH为8.0-9.5为最佳。
实施例18-23
除了浸泡溶液中二乙醇胺含量不同外，采用与实施例7相同的制备方法制备复合反渗透膜。所制备的复合反渗透膜的分离性能如表5所示。
表5：实施例18-23
上述实例与实施例7共同表明：采用不同浓度的二乙醇胺水溶液，对含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜进行浸泡处理，均可获得高通量复合反渗透膜，但以二乙醇胺含量0.5-5.0wt％为最佳。
实施例24-29
除了浸泡时间不同外，采用与实施例8相同的制备方法制备复合反渗透膜。所制备的复合反渗透膜的分离性能如表6所示。
表6：实施例24-29
上述实例与实施例8共同表明：对含初生态聚酰胺高分子脱盐层的复合膜进行不同时间的浸泡处理，均可获得高通量复合反渗透膜，但以浸泡时间0.5-10分钟为最佳。
Claims (6)
1.一种高通量复合反渗透膜，包括无纺布层、多孔支撑层和在多孔支撑层上的聚酰胺高分子脱盐层，其特征在于：将初生态聚酰胺高分子脱盐层在有机胺水溶液中浸泡，然后烘干、洗涤，得到高通量复合反渗透膜。
2.根据权利要求1所述的高通量复合反渗透膜，其特征在于：所述的初生态聚酰胺高分子脱盐层为全芳香聚酰胺，芳香聚酰胺-脲，芳香聚酰胺-氨基甲酸酯，或芳族-脂族混合聚酰胺材料。
3.根据权利要求1所述的高通量复合反渗透膜，其特征在于：所述的有机胺水溶液为二乙醇胺溶液水溶液，或乙醇胺水溶液，或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的高通量复合反渗透膜，其特征在于：所述的有机胺水溶液的浓度为0.5-10.0wt％、pH为7.0-11.0、浸泡时间为0.5-60分钟。
5.根据权利要求4所述的高通量复合反渗透膜，其特征在于：所述的有机胺水溶液的浓度为0.5-5.0wt％、pH为8.0-9.5、浸泡时间为0.5-10分钟。
6.根据权利要求1所述的高通量复合反渗透膜，其特征在于：所述的反渗透膜为平板膜，或中空纤维膜，或管式膜。
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