一种反渗透膜及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于反渗透膜制备技术领域，具体涉及一种反渗透膜及其制备方法。


背景技术：

[0002]
如今，人口的指数增长和废水管理不善导致对饮用水质量的清洁水的迫切需求受到前所未有的关注。膜淡化技术目前因其低能耗和易于操作而在全球市场上占主导地位。通过界面聚合制备的反渗透膜的特点是超薄，同时有着高度交联的聚酰胺层，由于其优异的透水性和高脱盐率而在世界范围内得到了广泛应用。然而，膜选择性和渗透性之间的权衡以及反渗透过程中的膜污染是限制反渗透膜发展的主要挑战。为了解决这些问题，通过向tfc膜中添加适量的纳米材料来获得高性能薄膜纳米复合材料（tfn）膜。例如二氧化硅，沸石，中孔碳和坡缕石。尤其是坡缕石，由于静电作用和范德华力的作用，天然的纳米粒子通常会聚在一起形成块状聚集体和晶体束。因此，具有大块尺寸的晶体束或聚集体难以均匀地分散在其他介质中，这无疑限制了其在许多领域的应用。


技术实现要素：

[0003]
针对目前现有技术存在的问题，本发明提供一种反渗透膜的制备方法，通过化学接枝方法在坡缕石的硅烷醇基与kh550之间形成共价键来引入有机组分，调节其表面亲水性和疏水性，以及带电特性以减弱其聚集作用。旨在使反渗透膜的水通量和截盐率均能得以提升。
[0004]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0005]
一种反渗透膜，包含改性坡缕石纳米颗粒；所述反渗透膜包括多孔支撑体层和聚酰胺层，所述改性坡缕石纳米颗粒均匀分散在聚酰胺层中。
[0006]
所述反渗透膜，其水通量为31.47-41.88l/（m
2
·
h），截盐率为95.64-97.97%。
[0007]
所述多孔支撑体层选自聚砜多孔支撑膜、聚醚砜多孔支撑层、磺化聚醚砜多孔支撑层、聚丙烯多孔支撑层中的一种。
[0008]
所述改性坡缕石纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：（i）硅烷偶联剂kh550加入乙醇中，超声分散，得kh550水解溶液；（ii）将坡缕石纳米颗粒和kh550水解溶液混合，挥干乙醇，加热干燥，得改性坡缕石纳米颗粒。
[0009]
步骤（i）中所述乙醇和kh550的质量比为500:1；步骤（ii）中，所述坡缕石纳米颗粒为棒状，直径30-60nm、长度500-800nm。所述坡缕石纳米颗粒和kh550的质量比为1000-50:1。根据改性坡缕石在水相溶液中的悬浮均匀度，坡缕石纳米颗粒和kh550的质量比优选为200-50:1；最优选为100:1。
[0010]
一种上述反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将芳香族多官能胺分散于含表面活性剂的水中，得水相溶液；（2）步骤（1）所得的水相溶液中加入改性坡缕石纳米颗粒，超声分散，得分散液；
（3）将芳香族多官能酰氯溶解在有机溶剂中，得油相溶液；（4）将步骤（2）制备的分散液浸润多孔支撑体层，除去过量的液体，空气中自然干燥后，浸渍步骤（3）制备的油相溶液，去过量的溶液；自然干燥后，热处理。
[0011]
步骤（1）中，所述芳香族多官能胺选自邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯、1,2,4-三氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸、2,4-二氨基甲苯、2,4-二氨基苯甲醚、苯二甲基二胺中的至少一种。
[0012]
步骤（1）中，所述的表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、月桂酸磺酸钠、曲拉通-100、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0013]
步骤（3）中，所述芳香族多官能酰氯选自邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、苯二磺酰氯、均苯三甲酰氯中的至少一种。
[0014]
步骤（3）中，所述有机溶剂选自正己烷或环己烷。
[0015]
步骤（1）中，所述水相溶液中，芳香族多官能胺的质量百分含量为2%；表面活性剂的质量体积百分含量为0.1%。
[0016]
步骤（2）中，所述改性坡缕石纳米颗粒在水相溶液中的含量为50-600mg/l。
[0017]
步骤（3）中，所述芳香族多官能酰氯在油相溶液中的质量浓度为0.1%。
[0018]
步骤（4）中，热处理的温度为80℃，时间为5分钟。
[0019]
本发明具有以下优点：本发明通过化学接枝方法，使得坡缕石与改性剂之间形成共价键来引入有机组分，调节其表面亲水性和疏水性，以及带电特性以减弱其聚集效应，通过界面聚合反应在制备反渗透膜过程中，掺入kh550改性坡缕石纳米复合材料使得该膜具有良好的分离性能和水通量能力，并且该膜有较强的防污性能。
附图说明
[0020]
图1为样品3、6、7抗污染性能试验。
具体实施方式
[0021]
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例
[0022]
（1）kh550溶液的配制：将kh550加入乙醇中，乙醇与kh550的质量比为500：1，之后在磁力搅拌器上搅拌15分钟，最后超声分散15分钟以使其完全水解，得到kh550水解溶液；（2）改性坡缕石纳米颗粒的制备：将坡缕石纳米颗粒（直径30-60nm、长度500-800nm，横截面积0.37
×
0.63 nm
2
）和kh550水解溶液按坡缕石：kh550质量比100:1充分混合，待乙醇挥发完全之后，在60℃下干燥10分钟，获得改性坡缕石；（3）水相溶液的配制：将2g间苯二胺和0.1g十二烷基硫酸钠加水至100g，得水相溶液；（4）含改性坡缕石纳米颗粒水相溶液的配制：将步骤（2）制备的改性坡缕石纳米颗粒溶解于步骤（3）制备的水相溶液中，改性坡缕石纳米颗粒在水相溶液中的含量为50mg/l，超声分散0.5h，得分散液；
（5）油相溶液的配制：将0.1g均苯三甲酰氯溶解在正己烷溶剂中，配制成质量分数为0.1％的油相溶液；（6）反渗透膜的制备：将步骤（4）制备的分散液倒在聚砜多孔支撑膜上2分钟，然后除去过量的溶液，并将膜在空气中自然干燥；再将步骤（5）制备的油相溶液倒在膜表面1分钟，然后除去过量的溶液；之后，将制备的反渗透膜在空气中自然干燥1分钟，最后，在80℃的烘箱中干燥5分钟，获得样品1。
[0023]
将步骤（4）分别改为：将步骤（2）制备的改性坡缕石纳米颗粒溶解于步骤（3）制备的水相溶液中，改性坡缕石纳米颗粒在水相溶液中的含量为100mg/l、200mg/l、400mg/l、600mg/l；其他操作步骤同样品1的制备，分别获得样品2-5。
[0024]
对比例将实施例1步骤（4）改为：将步骤（3）制备的水相溶液中加入未改性坡缕石纳米颗粒；其他操作步骤同样品1的制备，获得样品6。
[0025]
将实施例1步骤（4）改为：将步骤（3）制备的水相溶液中不加入改性坡缕石纳米颗粒；其他操作步骤同样品1的制备，获得样品7。
[0026]
应用例1 水通量和截盐率将实施例和对比例制备的反渗透膜样品的分离性能通过错流渗透方式进行评价，截盐率计算方法为：进料液盐浓度与渗透液中盐浓度之差，再除以进料液盐浓度，乘以100%；水通量计算方法为：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/(m
2
·
h)；具体选用浓度为2000mg/l氯化钠水溶液作为进料液，并控制运行压力为1.6mpa及水温为25℃，结果见表1。
[0027]
表1 反渗透膜的渗透通量及氯化钠去除率上述实例表明：界面聚合制备反渗透膜过程中，不加入改性坡缕石纳米颗粒的反渗透膜的水通量为25.17 l/（m
2
·
h），对氯化钠的截留率为98.55%；添加50mg/l改性坡缕石纳米颗粒的反渗透膜后，水通量提高至31.47 l/（m
2
·
h），而当浓度增加至200mg/l后，渗透通量可进一步提升至40.35 l/（m
2
·
h），同时对氯化钠的截留率为97.65%。当继续提高改性坡缕石的含量后，水通量继续得到提高，截盐率出现了轻微下降。
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应用例2将反渗透膜样品1、6、7的抗污染性能通过错流渗透方式进行评价，将腐殖酸添加到nacl溶液中，并进行防污实验。为了确定初始通量，使用2g nacl溶液作为进料溶液，实验进行3小时。随后，将腐殖酸（500ppm）添加到nacl溶液中。在通量稳定后，用去离子水洗涤结垢
的膜，并用2g nacl溶液测量通量3小时，结果见图1。由图1可知，经过抗污染试验，添加改性和未改性坡缕石的反渗透膜通量回复率分别达到了91%和90%，而表明该膜有较强的防污性能；而未添加坡缕石的反渗透膜通量回复率仅为65%。