CN113402767A - 一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜及其制备方法，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体溶液中一段时间后晾干；将得到的膜与有机相溶液接触一段时间后在烘箱中烘干，再将其得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存。该膜具有高透湿性和高热回收效率，主要应用于空气全热回收，空调暖通能量回收，室内空气净化，空气除湿与热湿回收，化工环保领域。

Description

一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜及其制备方法
技术领域
本发明属于透湿阻气与热回收领域，具体涉及到一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜及其制备方法。
背景技术
研究数据表明，我国电力能源消耗近三分之一用于居民楼及商城，而在其中又有将近一半的电力用于空调。在空调的频繁使用过程中，通风显得极为重要，出于节约能源，保护环境和身体健康的角度，使用全热交换节能原理的通风***在保持人体健康和节能方面发挥着重要作用。利用室外新鲜空气交换室内污染空气来改善室内空气质量的同时，为了减少调节新鲜空气温度所需的能量，科学家们设计了全热交换器作为节能型新风***的核心装备来使室外新鲜空气与室内污染空气之间进行能量回收。
全热交换器是通过全热交换膜作为媒介，通过显热交换和潜热交换获得高效率的回收。显热交换无传质过程，仅使新风和排风通过能量传递，从而发生温度的变化；而潜热交换则是在新风和排风之间发生水蒸汽质量交换，从而调节空气中水汽浓度，引起水汽潜热的增加或减少，达到节能的目的。由于空气中水蒸气的汽化潜热很高，所以在湿空气中的能量比重较大。因此，室内外空气的全热交换的潜热贡献率远远大于显热贡献率。因此，为了提高全热交换器的能量回收率，保障封闭空间内的新鲜空气，提高全热交换膜的透湿阻气性能是重要的研究方向。
就目前而言，全热交换设备的核心部件全热交换膜大多采用商业的纸膜，这种膜存在以下缺点：1、纸膜是一种全透膜，不能有效阻隔CO2气体，同时力学性能差；2、纸膜不阻燃，并且在使用中容易发霉，对空气造成二次污染；3、透湿性和气体阻隔性两者之间存在的“trade-off”。
发明内容
本发明的目的是克服目前存在的不足，提供一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜及其制备方法。
本发明的技术方案是提供一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚砜超滤膜浸泡在水相单体溶液中一段时间后晾干；
(2)将步骤(1)得到的膜与有机相溶液接触一段时间后在烘箱中烘干，其中有机相单体为均苯三甲酰氯；
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存。
所述水相单体为间苯二胺、对苯二胺、哌嗪中的一种或多种的混合物。
步骤(1)所述的水相单体的质量分数为0.1-5wt％，浸泡时间为0.5-10min。
步骤(2)所述的有机相单体的质量分数为0.01-0.5wt％，接触时间为0.5-10min。
步骤(2)所述的烘箱温度为40-90℃，烘干时间为5-20min。
本发明的另一技术方案是：一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜，包括聚砜多孔支撑层、聚酰胺致密皮层，由所述方法制备而得。
本发明提供一种基于界面聚合的新型聚酰胺全热交换膜及其制备方法，该膜具有高透湿性和高热回收效率，主要应用于空气全热回收，空调暖通能量回收，室内空气净化，空气除湿与热湿回收，化工环保领域。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为实施例4制备的聚酰胺全热交换膜的扫面电镜；
图2为实施例1制备的聚酰胺全热交换膜的接触角，接触角CA＝75.5°；
图3为本发明聚酰胺全热交换膜的焓交换测试设备；1为鼓风机，2为可调气体流量计，3为鼓泡机，4为温度控制器，5为温湿度记录仪，6为全热交换膜；a为空气，a1为气流1，a2为气流2，a3为气流3，a4为气流4。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述一种基于界面聚合的新型聚酰胺全热交换膜及其制备方法作进一步的阐述。应理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。
实施例1
(1)称取0.25g间苯二胺溶解于100mL去离子水中，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体中4min后晾干，形成水相层。
(2)称取0.1g均苯三甲酰氯溶解于100mL正己烷中，将步骤(1)得到的膜与有机相单体接触1min后，在烘箱中60℃烘15min。
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存待测试。
实施例1所制备的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的水蒸气透过量、CO2透过量和焓交换效率见表1，该新型全热交换膜的厚度为120±5um,透湿量为2006.05g/m2.24h，CO2透过量为6559.2cm3/m2·s·MPa，焓交换效率为59.0％。
实施例2
(1)称取0.25g间苯二胺溶解于100mL去离子水中，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体中4min后晾干，形成水相层。
(2)称取0.1g均苯三甲酰氯溶解于100mL正己烷中，将步骤(1)得到的膜与有机相单体接触8min后，在烘箱中60℃烘15min。
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存待测试。
实施例2所制备的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的水蒸气透过量、CO2透过量和焓交换效率见表1，该新型全热交换膜的厚度为120±5um,透湿量为1841.40g/m2.24h，CO2透过量为5376.98cm3/m2·s·MPa，焓交换效率为60.5％。
实施例3
(1)称取0.25g哌嗪溶解于100mL去离子水中，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体中4min后晾干，形成水相层。
(2)称取0.1g均苯三甲酰氯溶解于100mL正己烷中，将步骤(1)得到的膜与有机相单体接触1min后，在烘箱中60℃烘15min。
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存待测试。
实施例3所制备的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的水蒸气透过量、CO2透过量和焓交换效率见表1，该新型全热交换膜的厚度为120±5um,透湿量为1941.10g/m2.24h，CO2透过量为31600.04cm3/m2·s·MPa，焓交换效率为57.6％。
实施例4
(1)称取2g间苯二胺溶解于100mL去离子水中，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体中4min后晾干，形成水相层。
(2)称取0.1g均苯三甲酰氯溶解于100mL正己烷中，将步骤(1)得到的膜与有机相单体接触4min后，在烘箱中60℃烘15min。
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存待测试。
实施例4所制备的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的水蒸气透过量、CO2透过量和焓交换效率见表1，该新型全热交换膜的厚度为120±5um,透湿量为1730.70g/m2.24h，CO2透过量为203.78cm3/m2·s·MPa，焓交换效率为65.7％。
实施例5
(1)称取1g间苯二胺溶解于100mL去离子水中，将聚砜超滤膜浸泡在水相单体中4min后晾干，形成水相层。
(2)称取0.1g均苯三甲酰氯溶解于100mL正己烷中，将步骤(1)得到的膜与有机相单体接触8min后，在烘箱中60℃烘15min。
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存待测试。
实施例5所制备的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜。
表1列出了本发明中部分实施例的新型全热交换膜的透湿量、CO2透过量和焓交换效率。
表1
Figure BDA0003135934630000041
表1总结了本发明部分实施例的新型全热交换膜与中国专利号为CN202110047653.5公开的一种新型三元混合基质全热交换膜相比，更具有优势。该膜的功能层包括无机盐、粘土矿物、高聚物，该膜的厚度为70±5um，透湿量为1702.08g/m2.24h，CO2透过量为37.68cm3/m2.24h.0.1MPa，焓交换效率为65.1％。但透湿性较差，同时由于缺少支撑层，膜的机械性能有所下降。本发明的膜在透湿阻气性能、焓交换效率以及实用过程中需要的机械性能、持久性更符合对全热交换膜的最新要求。
透湿量测试条件：温度38℃，RH90％。
CO2透过量测试条件：温度25℃，采用正压法测试。
焓交换效率测试条件：新风温度35℃，RH60％；排风温度25℃，RH35％。
上述实施例并非是对本发明的限制，本发明并不仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚砜超滤膜浸泡在水相单体溶液中一段时间后晾干；
(2)将步骤(1)得到的膜与有机相溶液接触一段时间后在烘箱中烘干，其中有机相单体为均苯三甲酰氯；
(3)将步骤(2)得到的膜浸泡去离子水中一段时间后，清洗风干保存。
2.如权利要求1所述的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，其特征在于：所述水相单体为间苯二胺、对苯二胺、哌嗪中的一种或多种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的水相单体的质量分数为0.1-5wt％，浸泡时间为0.5-10min。
4.如权利要求1所述的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的有机相单体的质量分数为0.01-0.5wt％，接触时间为0.5-10min。
5.如权利要求1所述的一种基于界面聚合的聚酰胺全热交换膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的烘箱温度为40-90℃，烘干时间为5-20min。
6.一种由权利要求1～5任一项所述方法制备得到的聚酰胺全热交换膜，其特征在于：包括聚砜多孔支撑层、聚酰胺致密皮层。
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