一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜及其制备方法

本发明涉及分离膜材料，尤其涉及一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜及其制备方法。

背景技术：

1、海水淡化是解决饮用水短缺的有效途径，反渗透是目前最常用的海水淡化技术，然而在实际应用过程中，常规的海水淡化反渗透膜脱硼率一般低于60%，出水中硼浓度难以满足我国现行《生活饮用水卫生标准》（gb5749-2022）的要求（＜1.0 mg/l），并且常规海水淡化反渗透膜水通量不高，一般在0.5 l·m-2·h-1·bar-1左右。迄今为止，为了改善海水淡化反渗透膜的脱硼性能和水通量，研究人员已经做了许多尝试来调控反渗透膜表面的物理化学性质和结构，如表面电荷、亲疏水性、粗超度、孔道结构等。碳基材料因其丰富的官能团、特殊的层间结构和孔道结构，能够调节膜表面亲水性、粗糙度、层间结构等，在反渗透膜改性提高脱硼率及渗透性能等方面具有巨大的潜力。但碳基材料种类繁多，性能各异，如何筛选合适的碳基材料，实现高脱硼高通量反渗透膜的可控制备，仍有待进一步探究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜的制备方法。本发明提供的方法，在反渗透基膜上采用界面聚合法，将分散性良好的氮化碳溶液引入聚酰胺层中，提高海水淡化反渗透膜的水通量和脱硼性能，制备得到兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将氮化碳溶胶和去离子水混合后，进行第一搅拌，得到氮化碳溶液；

5、（2）将所述步骤（1）得到的氮化碳溶液与间苯二胺水溶液和氢氧化钠混合后，进行第二搅拌，得到水相溶液；

6、（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；

7、所述步骤（2）和步骤（3）没有先后顺序之分；

8、（4）将反渗透基膜浸没到所述步骤（2）得到的水相溶液中，然后取出浸没后的反渗透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，得到界面聚合后的反渗透基膜；

9、将所述界面聚合后的反渗透基膜浸没到正己烷溶剂中进行静置，然后依次进行热处理和冷却，得到兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜。

10、优选地，所述步骤（1）中第一搅拌的时间为50~130min，第一搅拌的温度为10~30℃，第一搅拌的转速为800~1500 rpm。

11、优选地，所述步骤（1）中氮化碳溶液的浓度为1000~10000 mg/l。

12、优选地，所述步骤（2）中水相溶液中间苯二胺的浓度为0.1wt%~4.0 wt%。

13、优选地，所述步骤（2）中水相溶液中氮化碳的浓度为25~500 mg/l；所述水相溶液中氢氧化钠的浓度为0.1 wt%~1.0 wt%。

14、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0.1 wt%~0.5 wt%。

15、优选地，所述步骤（4）中反渗透基膜为聚砜超滤膜或聚醚砜超滤膜；所述反渗透基膜的截留分子量为30 kda~150 kda。

16、优选地，所述步骤（4）中将所述反渗透基膜首先浸没到水相溶液中1~4min，然后取出浸没后的反渗透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。

17、优选地，所述步骤（4）中热处理的温度为90~110℃，所述热处理的时间为2~5min。

18、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜。

19、本发明提供了一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜的制备方法，利用制备的所述氮化碳溶液，以及间苯二胺水溶液和氢氧化钠配制水相溶液，利用均苯三甲酰氯和有机溶剂配制得到有机相溶液，再利用反渗透基膜作为支持体，将反渗透基膜浸没所述水相溶液中，使含有氮化碳、间苯二胺单体和氢氧化钠的水相溶液与反渗透基膜充分接触，并吸附在反渗透基膜表面，然后取出浸没后的反渗透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，使反渗透基膜表面吸附的氮化碳和间苯二胺单体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，在基膜上形成聚酰胺层，再进行热处理，以使得形成的聚酰胺层进一步交联，提高其致密性和稳定性，经冷却得到兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜。本发明通过将氮化碳溶液引入聚酰胺层中，利用氮化碳带有的丰富、反应活性较高的氨基基团，参与界面聚合反应改善膜结构，协同利用氮化碳具有的特殊的孔道结构和层间结构，实现调节膜表面亲水性、粗糙度、层间结构等，提高反渗透膜的水通量和脱硼性能，制备得到兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜，并且，氮化碳溶液具有优异的分散性能，末端带有的丰富亲水性氨基在界面聚合过程中能够与有机相单体均苯三甲酰氯发生反应，使其在聚酰胺层中的分布更加均匀，完全不会出现团聚现象；水相溶液中存在的分散均匀的间苯二胺和氮化碳溶液，以及氢氧化钠，加速了酰化反应速度的同时，也使氮化碳能够更均匀的参加反应，从而使得本发明制备的海水淡化反渗透膜具有更高的水通量和脱硼率；将所述界面聚合后的反渗透基膜浸没到正己烷溶剂中进行静置，能够将膜表面残留的未反应的均苯三甲酰氯单体漂洗掉，有利于提升膜的均一性，以提高制备的膜的综合性能。实施例的结果显示，本发明实施例1~7制备的兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜综合性能较优的纯水通量可达2.03 lm-2h-1bar-1，模拟海水通量可达0.80 lm-2h-1bar-1，模拟海水的脱盐率可达98.14%，模拟海水的脱硼率可达82.46%，普遍高于对比例1~7的制备的未用氮化碳改性的海水淡化反渗透膜。

技术特征：

1.一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜的制备方法，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）中第一搅拌的时间为50~130min，第一搅拌的温度为10~30℃，第一搅拌的转速为800~1500 rpm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氮化碳溶液的浓度为1000~10000 mg/l。

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）中水相溶液中间苯二胺的浓度为0.1wt%~4.0 wt%。

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）中水相溶液中氮化碳的浓度为25~500 mg/l；所述水相溶液中氢氧化钠的浓度为0.1 wt%~1.0 wt%。

6.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0.1 wt%~0.5 wt%。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中反渗透基膜为聚砜超滤膜或聚醚砜超滤膜；所述反渗透基膜的截留分子量为30 kda~150 kda。

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）中将所述反渗透基膜首先浸没到水相溶液中1~4min，然后取出浸没后的反渗透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90~110℃，所述热处理的时间为2~5min。

10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜。

技术总结
本发明提供了一种兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜的制备方法，利用氮化碳带有的丰富、反应活性较高的氨基，参与界面聚合反应改善膜结构，协同利用氮化碳具有的特殊的孔道结构和层间结构，实现调节膜表面亲水性、粗糙度、层间结构等，提高水通量和脱硼性能，制备得到兼顾水通量和脱硼率的海水淡化反渗透膜，且氮化碳溶液具有优异的分散性能，末端带有的丰富亲水性氨基在界面聚合过程中能够与有机相单体均苯三甲酰氯发生反应，使其在聚酰胺层中的分布更加均匀，完全不会出现团聚现象；水相溶液中存在的分散均匀的间苯二胺和氮化碳溶液以及氢氧化钠，加速了酰化反应速度，也使氮化碳更均匀的参加反应，进一步提高水通量和脱硼率。

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：2024/1/13