一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，包括以下步骤，遴选待浓缩的原料液所需的盐离子种类以及相应含量；选择制备支撑层的原材料与溶剂，混合搅拌并进行静置处理获得铸膜液，采用静电纺丝技术制备支撑层；依次进行烘干处理、浸润处理以及冲洗；优化复合正渗透膜制备的操作参数，调控间苯二胺与均苯三甲酰氯的最佳配比；将纳米纤维支撑层膜浸没于间苯二胺水溶液中，将均苯三甲酰氯倒至涂覆有间苯二胺的纳米纤维支撑层膜上，在室温下进行反应，从而获得高水通量且匹配原料液所需盐反向通量的复合正渗透膜。本发明专利技术通过反向渗透的驱动剂与原料液相互作用，增大原料液的回收效率，减少膜污染并增大水通量。水通量。水通量。

【技术实现步骤摘要】
一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法。

技术介绍

[0002]正渗透技术由于其绿色、环保、高效的特点，已应用于诸多领域。其无需外压驱动，而是依靠溶液自身的渗透压驱动膜分离，具有能耗低、膜污染小、污染物截留性能好、耐受料液浓度高等优点。正渗透膜是该技术中的关键材料，理想的正渗透膜应致密多孔且具有较薄的有效分离层、较好的亲水性、较宽的pH适用范围、较好的机械强度，相应的正渗透膜支撑层应较薄、孔隙率高且孔弯曲度小，以确保在正渗透过程中具有高水通量、高污染物截留率、低污染趋势以及较广的适用范围。
[0003]常规应用中的非孔膜、致密膜或选择性透过膜等各种膜均可用于正渗透，根据规格正渗透膜可大致分为三类，包含薄膜复合膜、相转化法制备的纤维素膜以及经相转化后的化学改性方法制备的膜。醋酸纤维素因具有高亲水性、低膜污染、高水通量、高机械强度以及对氯和不同氧化剂等各种化学物质的优越抗性，而得到广泛的应用，其中，醋酸纤维素/三醋酸纤维素(CA/CTA)、三醋酸纤维素嵌入聚酯丝网支撑(CTA
‑
ES)是醋酸纤维素膜的典型案例。同时，相较于单一的醋酸纤维素膜，复合醋酸纤维素膜呈现更高的水通量，并可更好地调控驱动溶质的反向渗透通量。然而，这些传统的正渗透膜均面临较大的膜阻抗、水通量小等瓶颈问题。
[0004]静电纺丝已成为一种新兴的膜制备技术，在高压电场作用下，聚合物溶液喷射出带电射流，溶剂随后被蒸发，带电的聚合物纤维在高电压作用下被拉长，并以相反或零极性吸引到集电板上，最终，干燥和固化的纤维沉积在接收器上。基于静电纺丝膜支撑层制备正渗透膜，其支撑层纳米纤维结构具有孔隙率高、单位质量比表面积大、渗透率高、纤维间孔小等特点，从而可大幅度降低正渗透膜的内浓差极化，提升水通量。
[0005]正渗透膜的选择层和支撑层具有双向传输能力，一定量的汲取溶质会反向渗透进入原料液侧，从而渗透驱动力降低，原料液受污染，并且增加驱动液的消耗成本；因此，大部分学者认为驱动液中溶质的反向渗透是不利的，采用各种方法研制的正渗透膜也是极力地去减少其反向渗透通量。同时，市面上的正渗透膜主要为低反向渗透盐通量的正渗透膜，忽视了一定程度的驱动剂反向渗透将改善膜污染，并提升原料液浓缩脱水性能。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，通过反向渗透的驱动剂与原料液相互作用，增大原料液的回收效率，减少膜污染并增大水通量。
[0007]本专利技术的技术方案是这样的：
[0008]一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1：遴选待浓缩或脱水的原料液所需的盐离子种类以及相应含量；
[0010]S2：选择制备支撑层的原材料与溶剂，控制高分子聚合物和溶剂的配比、加热温度以及混合时间，混合搅拌并进行静置处理获得铸膜液，选定制备支撑层的方法，启动静电纺丝机，设定温度和湿度后进行预热；将铸膜液静置脱泡，抽入注射器内，设定静电纺丝的参数，进行静电纺丝操作制备纳米纤维支撑层膜；
[0011]S3：将得到的纳米纤维支撑层膜在真空烘箱中进行烘干处理，以除去残留溶剂，然后在热压板上进行热压处理，再浸泡于缓冲溶液中进行浸润处理，然后用去离子水进行冲洗；
[0012]S4：优化复合正渗透膜制备的操作参数，调控间苯二胺与均苯三甲酰氯的最佳配比；将经过去离子水冲洗后的纳米纤维支撑层膜浸没于1wt.％～10wt.％的间苯二胺水溶液中，直至所述纳米纤维支撑层膜的表面出现暗色，然后去除多余的间苯二胺水溶液；
[0013]S5：将0.1wt.％～0.5wt.％的均苯三甲酰氯倒至涂覆有间苯二胺的纳米纤维支撑层膜上，然后在室温下进行反应，从而获得高水通量且匹配原料液所需盐反向通量的复合正渗透膜。
[0014]所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚砜中任一种。
[0015]所述静电纺丝液中高分子聚合物的重量浓度为10wt.％～30wt.％。
[0016]所述溶剂为丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中任一种。
[0017]所述间苯二胺水溶液中还含有1wt.％～3wt.％的三乙胺。
[0018]所述缓冲溶液中缓冲剂为异丙醇、NaClO、NaHSO3中任一种。
[0019]还包括步骤S6：将制备得到的复合正渗透膜在温度为60℃～95℃下进行固化处理，然后用NaClO水溶液或NaHSO3水溶液进行冲洗，再加热交联，然后将复合正渗透膜放入去离子水中并在温度为4℃～25℃下进行保存。
[0020]还包括步骤S7：根据原料液中物质结构以及官能团种类，选取金属阳离子Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Al
3+
、Fe
3+
对应的Cl
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
盐，配置浓度为1mol/L～3mol/L的驱动剂。
[0021]还包括步骤S8：将制备得到的复合正渗透膜置于正渗透装置中，其中，所述复合正渗透膜的活性层朝向原料液侧，且所述复合正渗透膜的支撑层朝向驱动液侧，然后，向所述正渗透装置中分别加入原料液和驱动液进行正渗透。
[0022]向所述正渗透装置中分别加入原料液和驱动剂进行正渗透时，所述驱动剂的扫流速度为1.0cm/s～5.0cm/s。
[0023]本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术在不影响驱动压的情况下，获得较高的正渗透膜水通量，并且一定的驱动剂反向渗透是有益的，不仅避免原料液侧盐度积累与二次污染，而且提高原料液的浓缩或脱水效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的复合正渗透膜的剖视结构示意图。
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的正渗透过程中反向渗透的盐离子与原料液中悬浮颗粒或高分子相互作用的示意图。
[0026]图3为本专利技术实施例2提供的聚砜(PSf)、聚偏氟乙烯(PVDF)为纺丝材料支撑层的薄膜复合正渗透膜(分别为PSf
‑
TFC、PVDF
‑
TFC)与三醋酸纤维素嵌入聚酯丝网支撑的商业
膜(CTA
‑
ES)的水通量与盐反向通量实验结果。
[0027]图4为本专利技术实施例2提供的复合正渗透膜的纺丝材料支撑层制备过程中溶剂N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)配比(DMF:NMP)为7:3、6:4、5:5时的水通量与盐反向通量实验结果。
[0028]图5为本专利技术实施例3提供的复合正渗透膜活性层界面聚合过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：遴选待浓缩或脱水的原料液所需的盐离子种类以及相应含量；S2：选择制备支撑层的原材料与溶剂，控制高分子聚合物和溶剂的配比、加热温度以及混合时间，混合搅拌并进行静置处理获得铸膜液，选定制备支撑层的方法，启动静电纺丝机，设定温度和湿度后进行预热；将铸膜液静置脱泡，抽入注射器内，设定静电纺丝的参数，进行静电纺丝操作制备纳米纤维支撑层膜；S3：将得到的纳米纤维支撑层膜在真空烘箱中进行烘干处理，以除去残留溶剂，然后在热压板上进行热压处理，再浸泡于缓冲溶液中进行浸润处理，然后用去离子水进行冲洗；S4：优化复合正渗透膜制备的操作参数，调控间苯二胺与均苯三甲酰氯的最佳配比；将经过去离子水冲洗后的纳米纤维支撑层膜浸没于1wt.％～10wt.％的间苯二胺水溶液中，直至所述纳米纤维支撑层膜的表面出现暗色，然后去除多余的间苯二胺水溶液；S5：将0.1wt.％～0.5wt.％的均苯三甲酰氯倒至涂覆有间苯二胺的纳米纤维支撑层膜上，然后在室温下进行反应，从而获得高水通量且匹配原料液所需盐反向通量的复合正渗透膜。2.根据权利要求1所述的益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚砜中任一种。3.根据权利要求1所述的益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液中高分子聚合物的重量浓度为10wt.％～30wt.％。4.根据权利要求1所述的益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中任一种。5.根据权利要求1所述的益于驱动剂渗透的高水通量复合正渗透膜的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达啟，韩佳霖，田锋，刘辉，唐凯，刘小旦，郝晓地，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：