一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜及其制备方法

本发明涉及纳滤膜材料，尤其涉及一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会发展，人民对饮用水的水质要求逐渐提高，对饮用水的关注点已经逐渐从保障水质安全转移到追求饮水品质上。who公布的“健康水”的标准中明确提到，含有一定硬度及矿物质，如硬度介于50～200mg/l(以碳酸钙计)的水才是对人体健康有益的水。如何获得健康饮用水是目前水质安全保障的热点。

2、纳滤作为一种介于超滤和反渗透之间的新型膜分离技术，具有优异的一/二价离子选择性、能耗相对低、操作简单、易于规模化等特点，对分子量在200～2000da之间的有机物和无机盐表现出优越的去除效果，在健康饮用水处理领域具有广阔的前景。但在实际应用中，纳滤膜普遍存在水通量低的问题，如何在有效截留有机污染物的基础上，适度保留水中ca2+、mg2+等对人体有益的矿物质，并进一步提高膜的水通量，是该领域需要解决的实际问题。界面聚合法是制备纳滤膜的一种有效方法。界面聚合过程的影响因素很多，为了改善纳滤膜的分离性能，研究人员做了很多工作，如调整纳滤膜的表面电荷、孔隙大小、润湿性和粗糙度等物理化学性质，但仍存在选择性-渗透性之间的限制。因此，如何寻找合适的制膜方法，实现适度脱盐、高通量纳滤膜的可控制备是目前健康饮用水处理领域研究的热点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜及其制备方法，利用本发明提供的方法，通过调节水相溶液的ph值，以控制哌嗪和均苯三甲酰氯的聚合反应活性和速度，调节界面聚合反应的活性，来改善和调整膜表面亲水性、粗糙度、交联度、孔径大小等特性，进而调节纳滤膜的脱盐性能并提高膜的水通量，制备得到具有适宜脱盐率的面向健康饮用水处理的高通量的纳滤膜。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将纳滤基膜进行预处理，得到预处理后的纳滤基膜；

5、(2)将哌嗪、三乙胺和去离子水混合后，进行第一搅拌，得到水相溶液；

6、将磷酸二氢钾、磷酸和去离子水混合后，进行第二搅拌，得到ph调节液；

7、利用所述ph调节液对所述水相溶液进行ph调节，得到ph调节后的水相溶液；

8、(3)将均苯三甲酰氯和有机溶剂混合后，进行第三搅拌，得到有机相溶液；

9、所述步骤(1)、(2)和步骤(3)没有先后顺序之分；

10、(4)将所述步骤(1)得到的预处理后的纳滤基膜浸没到所述步骤(2)得到的ph调节后的水相溶液中，然后取出浸没后的纳滤基膜用胶辊辊干表面溶液，再浸没到所述步骤(3)得到的有机相溶液中进行界面聚合反应，得到界面聚合后的纳滤基膜；

11、将所述界面聚合后的纳滤基膜依次进行热处理和冷却，得到面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜。

12、优选地，所述步骤(1)中纳滤基膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜中一种，所述纳滤基膜的截留分子量为50kda～150kda。

13、优选地，所述步骤(2)中第一搅拌的时间为15～30min，第一搅拌的温度为10～30℃，第一搅拌的转速为800～1500rpm。

14、优选地，所述步骤(2)中ph调节后的水相溶液中哌嗪的浓度为0.10wt％～1.00wt％，所述ph调节后的水相溶液中三乙胺的浓度为0.05wt％～0.50wt％。

15、优选地，所述步骤(2)中ph调节液中磷酸二氢钾的浓度为1.00wt％～2.00wt％，所述ph调节液中磷酸的浓度为5.00wt％～10.00wt％。

16、优选地，所述步骤(2)中调节水相溶液的ph值分别为4～13。

17、优选地，所述步骤(3)中有机相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.10wt％～0.50wt％。

18、优选地，所述步骤(4)中将预处理后的纳滤基膜浸没到所述ph调节后的水相溶液中1～10min，然后取出浸没后的纳滤基膜用胶辊辊干表面溶液，再浸没到有机相溶液中进行界面聚合反应0.5～2min。

19、优选地，所述步骤(4)中热处理的温度为78～90℃，所述热处理的时间为5～10min。

20、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜。

21、本发明提供了一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜的制备方法，利用哌嗪和三乙胺配制水相溶液，三乙胺作为缚酸剂中和后续聚合反应产生的氯化氢，利用磷酸二氢钾和磷酸配制ph调节液，调节所述水相溶液的ph，以控制后续界面聚合反应速率和活性，利用均苯三甲酰氯和有机溶剂配制有机相溶液，再利用预处理后的纳滤基膜作为支持体，将所述预处理后的纳滤基膜浸没到所述ph调节后的水相溶液中，使含有哌嗪单体和三乙胺的水相溶液与预处理后的纳滤基膜充分接触，并吸附在预处理后的纳滤基膜表面，然后取出浸没后的纳滤基膜用胶辊辊干表面溶液，以去除膜表面残留的水相溶液，使后续界面聚合反应更加均匀，再浸没到所述有机相溶液中，使纳滤基膜表面吸附的哌嗪单体和三乙胺与有机相溶液中的均苯三甲酰氯单体充分接触并在两相界面处发生聚合反应，在纳滤基膜上形成聚酰胺分离层，再进行热处理，以使得形成的聚酰胺分离层进一步交联，提高其致密性和稳定性，经冷却得到面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜。本发明通过调节水相溶液的ph值，以控制哌嗪和均苯三甲酰氯的聚合反应活性和速度，调节界面聚合反应的活性，来改善和调整膜表面亲水性、粗糙度、交联度、孔径大小等特性，进而调节纳滤膜的脱盐性能并提高膜的水通量，制备得到具有适宜脱盐率的面向健康饮用水处理的高通量的纳滤膜。实施例的结果显示，随着水相溶液的ph值从12降到10，实施例制备的纳滤膜纯水通量逐渐升高，并且对na2so4、nacl、cacl2、mgso4的截留率基本保持稳定；随着水相溶液的ph值从9降到5，制备的纳滤膜纯水通量进一步提高，但对na2so4、nacl、cacl2、mgso4的截留率逐渐降低；当水相溶液的ph值为9时，制备的纳滤膜纯水通量达到29.04lm-2h-1bar-1，对2000mg·l-1的na2so4和mgso4的截留率分别为82.52％和79.43％，表现出适宜脱盐率，表面本发明提供的制备方法，通过调节水相溶液的ph值，可以在显著提升纳滤膜水通量的同时可控调节脱盐率，有望用于健康饮用水处理。

技术特征：

1.一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纳滤基膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜中一种，所述纳滤基膜的截留分子量为50kda～150kda。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中第一搅拌的时间为15～30min，第一搅拌的温度为10～30℃，第一搅拌的转速为800～1500rpm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中ph调节后的水相溶液中哌嗪的浓度为0.10wt％～1.00wt％，所述ph调节后的水相溶液中三乙胺的浓度为0.05wt％～0.50wt％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中ph调节液中磷酸二氢钾的浓度为1.00wt％～2.00wt％，所述ph调节液中磷酸的浓度为5.00wt％～10.00wt％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中调节水相溶液的ph值分别为4～13。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中有机相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.10wt％～0.50wt％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中将预处理后的纳滤基膜浸没到所述ph调节后的水相溶液中1～10min，然后取出浸没后的纳滤基膜用胶辊辊干表面溶液，再浸没到有机相溶液中进行界面聚合反应0.5～2min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热处理的温度为78～90℃，所述热处理的时间为5～10min。

10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜。

技术总结
本发明提供了一种面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜的制备方法，利用配制的pH调节液调节所述水相溶液的pH，以控制后续哌嗪和均苯三甲酰氯的聚合反应活性和速度，调节界面聚合反应的活性，来改善和调整膜表面亲水性、粗糙度、交联度、孔径大小等特性，进而调节制备的所述纳滤膜的脱盐性并提高水通量，将纳滤基膜浸没到所述pH调节后的水相溶液中，使含有哌嗪单体和三乙胺的水相溶液与纳滤基膜充分接触，并吸附在纳滤基膜表面，然后取出浸没后的纳滤基膜用胶辊辊干表面溶液，再浸没到有机相溶液中发生聚合反应形成聚酰胺分离层，再进行热处理，提高致密性和稳定性，经冷却得到面向健康饮用水处理的高通量纳滤膜。

技术研发人员：赵长伟,黄俊亮
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19