CN108939951A - 一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜及其应用 - Google Patents

一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，以如下方式制备：以聚酰胺反渗透复合膜为初始膜；以聚乙烯亚胺为溶质，75%乙醇为溶剂，配置聚电解质溶液；将初始膜固定在错流反渗透膜过滤装置中，浸泡在聚电解质溶液中并施加压力进行改性。本发明通过提高膜表面的荷电性和亲水性，增加对阳离子表面活性剂的抗污染性；通过乙醇使膜发生溶胀作用，提高膜的通量，同时，还具有更好的耐酸碱稳定性。

Description

一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜及其应用
技术领域
本发明属于反渗透膜技术制备领域，具体涉及一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，以及其在单价盐脱除中的应用。
背景技术
膜分离技术由于具有分离、纯化、浓缩等功能，又同时具有高效、环保、节能、操作工艺简单等特点，已经广泛应用于水处理、食品、化工、医药、环保、仿生等领域。分离膜即膜分离技术的核心，根据孔径大小，又可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透膜。
反渗透膜作为一种成熟的水处理技术，对于无机盐离子和有机小分子具有良好的分离性能、操作工艺简单、相对成本较低、产水效率高、绿色环保，已经广泛应用于海水及苦咸水脱盐，饮用水纯化，医药和工业废水处理，硬水软化等领域。反渗透膜通常由多胺单体和均苯三甲酰氯单体在聚砜或者聚醚砜支撑层上通过界面聚合法制备。由一个很薄的聚酰胺选择层(﹤0.5微米)层，一个多孔性亚层(50-200微米)以及无纺布支撑层组成。制备得到的反渗透膜表面具备部分羧基基团，充分利用这些基团，能有效提高膜的抗污染性。
国内外关于提高聚酰胺复合膜的抗污染性做了大量工作，主要包括表面接枝、表面改性以及表面涂层。
聚乙烯亚胺是一种具有高反应性、高附着性、高吸附性的水溶性阳离子聚合物，具有极性基团(胺基)与疏水基团(乙烯基)，每个聚乙烯亚胺单体都含有两个C和一个N，其分子链上的伯胺、仲胺、叔胺的比例为1:1:2，且都可以质子化，其中胺基可与羟基反应生成氢键，与羧基反应生成离子键。乙醇可使聚酰胺反渗透膜的选择层发生溶胀，增大反渗透膜孔，提高通量。本专利通过部分嵌入式静电自组装法发明了一种新型反渗透膜。
发明内容
本发明的目的是为了改善聚酰胺反渗透膜抗阳离子表面活性剂污染性，提高通量，提供一种简单、方便操作、室温下即可制备的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜。
为此，本发明的技术方案是：一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，其特征在于：以如下方式制备：以聚酰胺反渗透复合膜为初始膜；以聚乙烯亚胺(PEI)为溶质，75％乙醇为溶剂，配置聚电解质溶液；将初始膜固定在错流反渗透膜过滤装置中，浸泡在聚电解质溶液中并施加压力进行改性。
上述制备过程中，聚酰胺膜首先在纯水中浸泡12h，聚乙烯亚胺的分子量为70000、10000、1800、600，浓度为200mg/L、400mg/L、800mg/L、1200mg/L、1600mg/L。
本发明还提供了所述自组装法改性聚酰胺反渗透复合膜对于单价盐的脱除、阳离子表面活性剂污染后对于单价盐的脱除、酸碱溶液处理后对于单价盐的脱除应用。
进一步，所述的单价盐为氯化钠。
进一步，所述阳离子活性剂为十六烷基三甲基溴化胺。
进一步，所述酸碱溶液由盐酸或氢氧化钠与纯水配置而成。
优选地，在所述部分嵌入式静电自组装改性聚酰胺反渗透复合膜的制备过程中，所选用的聚乙烯亚胺的分子量为600，压力为0.2MPa，自组装改性时间为0.5h。
本发明通过提高膜表面的荷电性和亲水性，增加对阳离子表面活性剂的抗污染性；通过乙醇使膜发生溶胀作用，提高膜的通量，同时，还具有更好的耐酸碱稳定性。
附图说明
图1为本发明错流反渗透膜装置示意图；料液池1、泵2、测试池3、缓冲罐4、反渗透膜5、压力表6；
图2为初始膜及1600mg/L PEI(分子量分别为1800、600)改性膜抗污染性能测试结果；曲线S1为初始膜，曲线S2为1600mg/L PEI(分子量分别为1800)改性膜，曲线S3为1600mg/L PEI(分子量分别为600)改性膜；
图3为200mg/L PEI(分子量为600)改性膜耐酸碱性效果图；曲线Y1为pH为2的脱盐率，曲线Y2为pH为11的脱盐率，曲线T1为pH为2的通量，曲线T2为pH为11的通量；
图4为初始膜表面电镜图；
图5为400mg/LPEI(分子量为600)改性膜表面电镜图；
图6为800mg/LPEI(分子量为600)改性膜表面电镜图；
图7为1600mg/LPEI(分子量为600)改性膜表面电镜图；
图8为初始膜及不同浓度PEI(分子量为600)改性膜Zeta电位；曲线Z1为初始膜，曲线Z2为400mg/LPEI改性膜，曲线Z3为800mg/LPEI改性膜，曲线Z4为1200mg/LPEI改性膜，曲线Z5为1600mg/LPEI改性膜；
图9为初始膜及不同浓度PEI(分子量为600)改性膜接触角；
图10为初始膜及不同浓度PEI(分子量为600)改性膜XPS分析结果。
具体实施方式
下面为本发明的优选实例进行详细阐述，以使本发明的内容特点易于被本领域中的研究人员理解，并非用于限定本发明的范围。
图1所示为错流反渗透膜装置，包括料液池1，料液池通过泵2连接测试池3，泵与测试池之间可以设置缓冲罐4，测试池内用于放置反渗透膜5，测试池与料液池之间还设有压力表6。
实施例1
称取4g氯化钠溶解于纯水中，搅拌均匀后转移至2L容量瓶中用纯水定容。利用纯水与95％乙醇配置500mL75％乙醇溶液，称取0.2g分子量为70000的聚乙烯亚胺，溶解于上溶液中。称取1g十六烷基三甲基溴化胺于纯水中，超声溶解完全后冷却至室温，然后转移至2L的容量瓶中，用纯水定容。利用盐酸与纯水配置pH＝2的溶液。利用氢氧化钠与纯水配置pH＝11的溶液。
将膜在纯水中浸泡12h，去除表面多余的亚硫酸氢钠溶液；将浸泡过的膜固定在膜室中，在料液池中加入氯化钠溶液，测试初始膜的通量和脱盐率；用纯水冲洗错流装置，在料液池中加入聚乙烯亚胺溶液，在0.2Mpa压力下，过滤0.5h，用纯水冲洗错流装置，完成部分嵌入式静电自组装过程；对改性膜的通量及脱盐率进行测试。改性膜通量由24.97L·m-2·h-1增加到49.94L·m-2·h-1，脱盐率从90.97％增加到94.37％。
实施例2
将实施例1中的聚乙烯亚胺改为分子量为10000的聚乙烯亚胺，其他步骤不变。改性膜通量由26.50L·m-2·h-1增加到52.99L·m-2·h-1，脱盐率从94.64％增加到94.37％。
实施例3
将上述实施例1中的聚乙烯亚胺改为分子量为1800的聚乙烯亚胺，其他步骤不变。改性膜通量由27L·m-2·h-1增加到45.1L·m-2·h-1，脱盐率从90.6％增加到91.68％。
实施例4
将上述实施例1中的聚乙烯亚胺改为分子量为600的聚乙烯亚胺，其他步骤不变。改性膜通量由24.97L·m-2·h-1增加到42.08L·m-2·h-1，脱盐率从92.4％增加到93.96％。
实施例5
将上述实施例1中改为不加聚乙烯亚胺，其他步骤不变。改性膜通量由24.46L·m-2·h-1增加到54.52L·m-2·h-1，脱盐率从88.29％增加到91.58％。
实施例6
将上述实施例4中的聚乙烯亚胺浓度改为200mg/L，其他步骤不变。改性膜通量由25.48L·m-2·h-1增加到39.75L·m-2·h-1，脱盐率从88.03％增加到91.35％。
实施例7
将上述实施例4中的聚乙烯亚胺浓度改为800mg/L，其他步骤不变。改性膜通量由25.48L·m-2·h-1增加到45.86L·m-2·h-1，脱盐率从94.13％降低到93.95％。
实施例8
将上述实施例4中的聚乙烯亚胺浓度改为1200mg/L，其他步骤不变。改性膜通量由23.44L·m-2·h-1增加到40.76L·m-2·h-1，脱盐率从89.1％增加到93.5％。
实施例9
将上述实施例4中的聚乙烯亚胺浓度改为1600mg/L，其他步骤不变，改性膜通量由23.44L·m-2·h-1增加到41.78L·m-2·h-1，脱盐率从89.37％增加到92.37％。
实施例10
在上述实施例9步骤之后，在料液池中加入十六烷基三甲基溴化胺溶液，模拟污染2h后，冲洗错流装置，测试膜的通量脱盐性能。
实施例11
将上述实施例10中的聚乙烯亚胺改为分子量为1800的聚乙烯亚胺溶液，其他步骤不变。
实施例12
将上述实施例11中改为不加聚乙烯亚胺，其他步骤不变。
实施例13
在上述实施例6步骤之后，在料液池中加入pH＝2的溶液，在0.4MPa条件下过滤40min，用纯水冲洗错流装置后，测试膜的通量和脱盐性能。
实施例14
在上述实施例6步骤之后，在料液池中加入pH＝11的溶液，在0.4MPa条件下过滤40min，用纯水冲洗错流装置后，测试膜的通量和脱盐性能。

Claims (9)

1.一种自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，其特征在于：以如下方式制备：以聚酰胺反渗透复合膜为初始膜；以聚乙烯亚胺为溶质，75％乙醇为溶剂，配置聚电解质溶液；将初始膜固定在错流反渗透膜过滤装置中，浸泡在聚电解质溶液中并施加压力进行改性。
2.如权利要求1所述的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，其特征在于：初始膜首先在纯水中浸泡12h，然后固定到错流反渗透膜过滤装置中进行改性。
3.如权利要求2所述的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜，其特征在于：所述的聚乙烯亚胺分子量为70000、10000、1800、600中的一种；聚乙烯亚胺浓度为200mg/L、400mg/L、800mg/L、1200mg/L、1600mg/L中的一种；改性时间为30min，压力为0.2MPa。
4.权利要求1-3任一项所述的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜应用于单价盐的脱除。
5.权利要求1-3任一项所述的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜应用于阳离子表面活性剂污染后单价盐的脱除。
6.权利要求1-3任一项所述的自组装改性的聚酰胺反渗透复合膜应用于酸或碱处理后的单价盐的脱除。
7.如权利要求4所述的应用，其特征在于：所述盐离子为浓度2000mg/L氯化钠。
8.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述阳离子表面活性剂为500mg/L十六烷基三甲基溴化胺。
9.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述酸为pH值为2的盐酸溶液，碱为pH值为11的氢氧化钠溶液。
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