一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法
【专利摘要】本发明属于化学工程学科中的传质与分离领域，涉及一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，采用氧化性氛围并加热的预氧化方法，通过优化预氧化温度、氧化性气体组成、气体流量，恒温时间及升温速率，实现聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率进行调控目的。本发明方法简单且有效，为改善聚丙烯腈纳滤膜的脱盐性、脱色性及除菌性方面的发展与应用奠定重要依据，适于推广与工业化应用。
【专利说明】一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，属于化学工程学科中的传质与分离领域。
【背景技术】:
[0002]最近，一种新型膜分离技术纳滤迅速发展起来，其对低分子质量有机物和盐类的分离有很好效果，具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点。根据膜孔径与表面电荷、及溶质的电荷与价态，可在较低压力驱动下高效地脱除水中有害物质。纳滤膜在工业废水处理，包括金属加工、电镀业和纺织业等废水中重金属脱除，软化，脱色，除菌；在饮用水净化；医药废水中药物成分截留或浓缩有效成分；垃圾渗滤液中腐植酸去除；及海水淡化等领域具有诱人的应用前景(侯立安，刘晓芳.膜科学与技术，2010，30:1-7.)。虽然纳滤技术在理论与实际应用研究上取得了重大进展，但仍存在着诸多急需解决的问题，如传质机理还缺乏深入的了解，性能表征也缺少全面规范化的手段，特别是具有高选择性、耐溶剂、耐热、耐氧化和抗污染等性能膜材料的研发一直是该领域的研究热点及关键性问题(楼民，俞三传，高从堦.工业水处理，2008，28:13-17)。
[0003]我们之前研究发现聚丙烯腈(PAN)是一类良好纳滤膜材料，其对二价钙离子表现出极高截留效果(张兵，王颖，吴永红，等.化工环保，2013，33:349-353)。但纳滤膜在应用中经常因浓差极化与膜污染等问题，导致寿命短，严重制约了其应用发展(AK Singh,S Prakash, V Kulshrestha,et al.ACS Appl.Mater.1nterfaces2012, 4:1683-1692 ；LY Ng, Aff Mohammad, CY Ng.Advances in Colloid andInterface Science2013, 197 - 198:85 - 107)。这些问题除了与操作条件有关外，还与膜材料本身有密切关系(B Van der Bruggen, M Manttari, M Nystrom.Sep.Purif.Technol.2008，63:251 - 263.;J Luo, Y Wan.J Membr Sci, 2013，438:18 - 28.)。由于实际操作条件往往不易改变，`因此只有改善膜材料性能才能从根本上解决问题(B Vander Bruggen, M Manttari, M Nystrom.Sep.Purif.Technol.2008, 63: 251 - 263.)? 预氧化方法是改善膜材料的有效方法之一。在较高温度下，膜表面与所接触的氧化性气体发生交联，可显著提高膜材料的热稳定性、抗污染性、分离性能及使用寿命(J Su1SZhang, H Chen, et al.J Membr Sci, 2010, 364:344 - 353 ；J Li, X Yang, H Tang, et al.JMembr Sci, 2010, 361:38 - 42 ；Y Mansourpanah, SSMadaeni, A Rahimpour,et al.AppliedSurface Science2009, 255:8395 - 8402 ；JT Vaughn, WJKoros, JR Johnson, et al.J MembrSci, 2012，401 - 402:163 - 174)。虽然已有对聚丙烯腈预氧化处理的文献报道，但都是研究用于改善聚丙烯腈纤维机械性能或者纺丝性等方面，为了进一步制备活性炭纤维或丝织品(张利珍，吕春祥，吕永根，等.新型炭材料，2005，20:145-148.;肖阳，李常清，史晓健，等.高分子材料科学与工程，2013，29:105-109 ;杨茂伟，王成国，王延相，等.合成纤维工业，2005，12:5-6.;赵从涛，覃小红，王善元.合成纤维，2007，12:16-19 ;赵宇辉.中国发明专利，申请号88101770.1 ;陈新谋.中国发明专利，申请号02103974.7)。截至目前，还没有关于预氧化方法调控聚丙烯腈纳滤膜方面的报道。
[0004]本发明人在前期工作基础上，经过深入研究发现通过预氧化方法可以实现调控聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率的目的。通过优化预氧化温度、氧化性气体组成、气体流量，恒温时间及升温速率，可显著调整聚丙烯腈纳滤膜的截留率。因此，研究开发用于调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法将会极大地促进纳滤膜的发展与工业化应用。
【发明内容】
:
[0005]发明目的:
[0006]本发明涉及一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，采用加热与氧化性氛围的条件，实现聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率进行调控的目的。
[0007]技术方案:
[0008]一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:是以加热和氧化性氛围两个要素构成，实现聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率的调控；该方法如下:
[0009]( I)加热:加热是将聚丙烯腈纳滤膜放置于加热炉内，通过控制升温速率使炉内温度达到预氧化温度，经过恒温后，降至室温；
[0010](2)氧化性氛围:在上述加热过程中，同时维持加热炉内含有氧化性气体。
[0011]所采用的聚丙烯腈纳滤膜形状为平板状、管状、中空纤维状或卷状中的一种，厚度为 1-200 μ m。
[0012]预氧化温度为150-300°C，恒温时间为0-3h，升温速率为0.5-20°C /min。
[0013]所述氧化性气体是指:流量为l-2000mL/min的空气、或氧气、水蒸气、氨气中的一种与氮气所构成的二元混合气体，且混合气体中氧气、水蒸气或氨气的体积分数为
0.5-100%。
[0014]聚丙烯腈纳滤膜的截留率为对水中盐类、染色剂或细菌中一种的截留率，截留率范围 55-100%。
[0015]优点及效果:
[0016]本发明提出了一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，具有如下优点:
[0017]本发明是一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，通过优化预氧化温度、氧化性气体组成、气体流量，恒温时间及升温速率，可显著调整聚丙烯腈纳滤膜的截留率。
[0018]采用本发明的技术方案，实现了通过预氧化方法改变聚丙烯腈纳滤膜的微观结构，为改善聚丙烯腈纳滤膜截留率提供了一种新方法。该方法为提高聚丙烯腈纳滤膜截留率做出贡献，同时也为纳滤膜的功能化制备及在更多领域的应用奠定基础。因此，这种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法的推广应用将会推动新型膜分离技术的发展与工业化应用。
【具体实施方式】:
[0019]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。[0020]一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:是以加热和氧化性氛围两个要素构成，实现聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率的调控；该方法如下:
[0021 ] ( I)加热:加热是将聚丙烯腈纳滤膜放置于加热炉内，通过控制升温速率使炉内温度达到预氧化温度，经过恒温后，降至室温；
[0022](2)氧化性氛围:在上述加热过程中，同时维持加热炉内含有氧化性气体。
[0023]所采用的聚丙烯腈纳滤膜形状为平板状、管状、中空纤维状或卷状中的一种，厚度为 1-200 μ m。
[0024]预氧化温度为150_300°C，恒温时间为0_3h，升温速率为0.5-20°C /min。
[0025]所述氧化性气体是指:流量为0-2000mL/min的空气、或氧气、水蒸气、氨气中的一种与氮气所构成的二元混合气体，且混合气体中氧气、水蒸气或氨气的体积分数为
0.5-100%。
[0026]对经过预氧化方法处理后的聚丙烯腈纳滤膜，进行水中盐类或染色剂或细菌中一种的截留率测试。计算的截留率(R%)的公式为R%=(l-Cp/Cf)*100%，式中:CP与Cf分别是透过液与原料液中盐类或染色剂或细菌的浓度。
[0027]聚丙烯腈纳滤膜截留率为对水中的盐类、染色剂或细菌中一种的截留率，截留率范围 55-100%。
[0028]实施例1:
[0029]选择形状为平板状或管状或中空纤维状或卷状,厚度为1-200 μ m的聚丙烯腈纳滤膜。将聚丙烯腈纳滤膜放置于加热炉内，通入空气或含有氧气或水蒸气中的一种与氮气所构成的混合气体，且混合气体中氧气或水蒸气的体积分数为0.5-100%，流量为0-2000mL/min，以0.5-20°C /min升温到150_300°C的预氧化温度，并保持恒温0_3h，降至室温。对经过预氧化方法处理后的聚丙烯腈纳滤膜，进行水中盐类截留率测试。具体预氧化条件及所得聚丙烯腈纳滤膜对盐类截留率数据如表I所示。
[0030]表I聚丙烯腈纳滤膜的预氧化条件及对盐类截留率数据
[0031]
【权利要求】
1.一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:是以加热和氧化性氛围两个要素构成，实现聚丙烯腈纳滤膜对水中盐类、染色剂及细菌截留率的调控；该方法具体如下: (1)加热:加热是将聚丙烯腈纳滤膜放置于加热炉内，通过控制升温速率使炉内温度达到预氧化温度，经过恒温后，降至室温； (2)氧化性氛围:在上述加热过程中，同时维持加热炉内含有氧化性气体。
2.根据权利要求1所述一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:所采用的聚丙烯腈纳滤膜形状为平板状、管状、中空纤维状或卷状中的一种，厚度为1-200μ m0
3.根据权利要求1所述一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:预氧化温度为150-300°C，恒温时间为0-3h，升温速率为0.5-200C /min。
4.根据权利要求1所述一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:所述氧化性气体是指:流量为0-2000mL/min的空气、或氧气、水蒸气、氨气中的一种与氮气所构成的二元混合气体，且混合气体中氧气、水蒸气或氨气的体积分数为0.5-100%。
5.根据权利要求1所述一种调控聚丙烯腈纳滤膜截留率的预氧化方法，其特征在于:聚丙烯腈纳滤膜截留率为对水中的盐类、染色剂或细菌中一种的截留率，截留率范围55-100%。
【文档编号】B01D71/42GK103768962SQ201410048187
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2014年2月11日
【发明者】张兵, 吴永红, 刘红宇 申请人:沈阳工业大学