一種有機(jī)正滲透膜的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)正滲透膜的制備方法，其制備方法中均加有納米粒子，具體制備分為配比、攪拌、靜置、涂覆等幾個(gè)步驟。本發(fā)明制成的有機(jī)正滲透膜不僅顯著提高了膜的親水性，減少了內(nèi)濃差極化，提高滲透通量，保留了高的截留率，顯著增加抗菌性能且由于納米粒徑，也增強(qiáng)了膜的強(qiáng)度，更加實(shí)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種有機(jī)正滲透膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滲透膜的制備方法，尤其涉及一種有機(jī)正滲透膜的制備方法，屬于膜分離【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]FO(Forward Osmosis)技術(shù)是一種滲透驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程,具有低能耗、低污染、高回收等特點(diǎn)，在海水淡化，廢水處理，能源發(fā)電，食品加工，藥物濃度等領(lǐng)域有著現(xiàn)實(shí)或潛在的應(yīng)用前景。然而，由于缺乏高效的FO膜材料，極大地制約FO技術(shù)的發(fā)展。目前用于FO過(guò)程的膜材料都具有非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，由薄的選擇分離層和多孔支撐層組成，在FO過(guò)程中都存在外濃差極化和內(nèi)濃差極化，尤其是內(nèi)濃差極化，導(dǎo)致FO膜實(shí)際水通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論水通量。通常情況下，外濃差極化發(fā)生在膜與溶液的界面處，可以通過(guò)增加流速等流體力學(xué)得以緩解；內(nèi)濃差極化發(fā)生是FO過(guò)程所特有的現(xiàn)象，在FO過(guò)程中根據(jù)膜的取向，溶質(zhì)在膜多孔支撐層內(nèi)積累或稀釋?zhuān)纬蓾饪s和稀釋的內(nèi)濃差極化，極大的降低了膜兩側(cè)的有效滲透壓差。內(nèi)濃差極化發(fā)生在多孔支撐層內(nèi)，難以通過(guò)改變外界條件而緩解。研究表明內(nèi)濃差極化與膜多孔支撐層結(jié)構(gòu)(孔隙率、孔彎曲度、膜厚度)以及膜材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)(親疏水性、選擇性)有很大的關(guān)系。支撐層厚度越小，孔隙率越高，孔彎曲度越小，親水性越好，則膜結(jié)構(gòu)參數(shù)則越小，內(nèi)濃差極化越小。
[0003]現(xiàn)有的方法制作的有機(jī)正滲透膜其親水性差，內(nèi)濃差極化大，滲透通量小，截留率低且抗菌性差、膜的強(qiáng)度不高、實(shí)用性能不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題中的不足之處，本發(fā)明提供了一種有機(jī)正滲透膜的制備方法。
[0005]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種有機(jī)正滲透膜的制備方法，其制備方法為:
[0006]按體積百分比計(jì)，采用三醋酸纖維素作為聚合物，將13.1%三醋酸纖維素和0.9%的甲殼素納米晶加入到由57.8%的1，4_ 二氧六環(huán)、19.6%的丙酮和8.6%的甲醇組成的混合溶劑中，在60°C的溫度下攪拌9個(gè)小時(shí)溶解形成含量為0.9%的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底模層在空氣中靜置30秒，然后將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，并將膜在50°C水浴中熱處理5分鐘，清洗之后，得到有機(jī)正滲透膜并放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆茫?br> [0007]或按體積百分比計(jì)，采用二醋酸纖維素作為聚合物，將12.2%二醋酸纖維素和
0.8%的1-芘丁酸納米粒子加入到由55.1%的I，4-二氧六環(huán)、20.6%的丙酮、7.2%的甲醇和4.2%的乳酸混合成的混合溶劑中，在70°C的溫度下攪拌24個(gè)小時(shí)溶解形成0.9%的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；超聲分散30min ;將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底膜層在空氣中靜置15秒，然后將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，制得有機(jī)正滲透膜，并將膜在60°C水浴中熱處理lOmin，充分清洗之后，得到有機(jī)正滲透膜并放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆茫?br> [0008]或按重量計(jì)，稱(chēng)取20g聚砜聚合物，溶解在80g由N，N- 二甲基乙酰胺和聚乙二醇400組成的混合溶劑中，N，N-二甲基乙酰胺和聚乙二醇400的比例為72: 8，配成聚合物濃度為20%的聚砜溶液；向配好的聚砜溶液中加入Ig有機(jī)碳納米管，在超聲中分散30分鐘配成含有的有機(jī)碳納米管的鑄膜液，將鑄膜液攪拌均勻、經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將底模層放入凝膠浴中凝膠成膜，采用間苯二胺和均苯三甲酰氯在形成的膜上進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，在110°C下反應(yīng)3分鐘；界面聚合反應(yīng)后將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，從而制得有機(jī)正滲透膜；
[0009]基材選自聚酯篩網(wǎng)、無(wú)紡布、棉、玻璃板、流延板之一或其組合。
[0010]三種方法的制備中均加有納米粒子；納米粒子選自甲殼素納米晶、納米有機(jī)硅、有機(jī)碳納米管、芘衍生物納米粒子或其組合。
[0011]膜液中聚合物的含量按鑄膜液的總重量計(jì)為10_18wt %或10_20wt %或10-22wt% ;所述鑄膜液中納米粒子的含量按鑄膜液總重量計(jì)為0.04-20被％或0.05-10wt%^ 0.l-5wt%0 [0012]底膜層的厚度為60-200 μ m。
[0013]本發(fā)明制成的有機(jī)正滲透膜不僅顯著提高了膜的親水性，減少了內(nèi)濃差極化，提高滲透通量，保留了高的截留率，顯著增加抗菌性能且由于納米粒徑，也增強(qiáng)了膜的強(qiáng)度，更加實(shí)用。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，有機(jī)正滲透膜的制備步驟如下:
[0015]制備方法:
[0016]實(shí)施例1:
[0017]采用三醋酸纖維素作為聚合物，將13.1% (V% )三醋酸纖維素和0.9% (V% )的甲殼素納米晶加入到由57.8% (V% )的1，4-二氧六環(huán)、19.6% (V% )的丙酮和8.6%(V% )的甲醇組成的混合溶劑中，在60°C的溫度下攪拌9個(gè)小時(shí)溶解形成含量為0.9%(V% )的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底模層在空氣中靜置30秒，然后將底膜層放入凝膠浴(凝膠浴的成分為去離子水)中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，并將膜在50°C水浴中熱處理5分鐘，清洗之后，放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆谩?br> [0018]本實(shí)施例制備的有機(jī)正滲透膜的通量為19L.m_2.h—1，截留率在90%以上。
[0019]所制備的有機(jī)正滲透膜與不加納米有機(jī)粒子的膜在相同的條件下進(jìn)行微生物污染與強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。在膜表面加上大腸桿菌微生物，經(jīng)過(guò)24h后采用顯微鏡觀察膜表面的微生物附著情況，發(fā)現(xiàn)加入納米有機(jī)粒子的膜無(wú)微生物附著而未加的膜表面附著了大量的微生物，表明了加入納米有機(jī)粒子的膜具有明顯的抗菌性，抗菌率大于90%。將膜在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度，將有機(jī)正滲透膜與不加納米有機(jī)粒子的膜在相同的條件下對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有機(jī)正滲透膜拉伸強(qiáng)度提高30%。
[0020]實(shí)施例2:
[0021]采用二醋酸纖維素作為聚合物，將12.2% (V% ) 二醋酸纖維素和0.8% (V% )的1-芘丁酸納米粒子加入到由55.1 % (V% )的1，4-二氧六環(huán)、20.6% (V% )的丙酮、7.2%(V% )的甲醇和4.2% (V% )的乳酸混合成的混合溶劑中，在70°C的溫度下攪拌24個(gè)小時(shí)溶解形成0.9% (V% )的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；超聲分散30min ;將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底膜層在空氣中靜置15秒，然后將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，制得有機(jī)正滲透膜，并將膜在60°C水浴中熱處理lOmin，充分清洗之后，放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆谩?br> [0022]本實(shí)施例制備的有機(jī)正滲透膜的水通量為17L.m_2.IT1。
[0023]對(duì)所制備的膜進(jìn)行微生物污染與強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，在膜表面加上大腸桿菌微生物，經(jīng)過(guò)24h后采用顯微鏡觀察膜表面的微生物附著情況，發(fā)現(xiàn)其表而較少微生物附著，表明該膜具有一定的抗菌性能，抗菌率大于90 %。將膜在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度，將有機(jī)正滲透膜與不加納米有機(jī)粒子的膜在相同的條件下對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有機(jī)正滲透膜拉伸強(qiáng)度提高40 %。
[0024]實(shí)施例3:
[0025]稱(chēng)取20g聚砜聚合物，溶解在80g由N，N —二甲基乙酰胺和聚乙二醇400組成的混合溶劑中(二者比例為72: 8)，配成聚合物濃度為20%的聚砜溶液；向配好的聚砜溶液中加入Ig有機(jī)碳納米管，在超聲中分散30分鐘配成含有l(wèi)wt%的有機(jī)碳納米管的鑄膜液，將鑄膜液攪拌均勻、經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將底模層放入凝膠浴中凝膠成膜，采用間苯二胺和均苯三甲酰氯在形成的膜上進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，在110°C下反應(yīng)3分鐘；界面聚合反應(yīng)后將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，從而制得有機(jī)正滲透膜。
[0026]本實(shí)施例制備的有機(jī)正滲透膜的水通量為17L.m_2.h—1，截留率在90%以上。
[0027]對(duì)所制備的膜進(jìn)行微生物污染實(shí)驗(yàn)，在膜表面加上大腸桿菌微生物，經(jīng)過(guò)24h后采用顯微鏡觀察膜表面的微生物附著情況，發(fā)現(xiàn)其表面無(wú)微生物附著，表明該膜具有明顯的抗菌性能，抗菌率大于90 %。將膜在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度，將有機(jī)正滲透膜與不加納米有機(jī)粒子的膜在相同的條件下對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有機(jī)正滲透膜拉伸強(qiáng)度提高25 %。
[0028]基材選自聚酯篩網(wǎng)、無(wú)紡布、棉、玻璃板、流延板之一或其組合。
[0029]納米粒子選自甲殼素納米晶、納米有機(jī)硅、有機(jī)碳納米管、芘衍生物納米粒子或其組合。
[0030]鑄膜液中聚合物的含量按鑄膜液的總重量計(jì)為10_18wt %或10_20wt %或10-22wt% ;鑄膜液中納米粒子的含量按鑄膜液總重量計(jì)為0.04-20被％或0.05_10被％或
0.l-5wt % ο
[0031]底膜層的厚度為60-180 μ m或60-200 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)正滲透膜的制備方法，其特征在于:其制備方法為: 按體積百分比計(jì)，采用三醋酸纖維素作為聚合物，將13.1%三醋酸纖維素和0.9%的甲殼素納米晶加入到由57.8%的1，4-二氧六環(huán)、19.6%的丙酮和8.6%的甲醇組成的混合溶劑中，在60°C的溫度下攪拌9個(gè)小時(shí)溶解形成含量為0.9%的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底模層在空氣中靜置30秒，然后將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，并將膜在50°C水浴中熱處理5分鐘，清洗之后，得到有機(jī)正滲透膜并放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆茫? 或按體積百分比計(jì)，采用二醋酸纖維素作為聚合物，將12.2%二醋酸纖維素和0.8%的1-芘丁酸納米粒子加入到由55.1%的1，4_ 二氧六環(huán)、20.6%的丙酮、7.2%的甲醇和4.2%的乳酸混合成的混合溶劑中，在70°C的溫度下攪拌24個(gè)小時(shí)溶解形成0.9%的甲殼素納米晶的鑄膜液；靜置24h以上使其完全脫泡；超聲分散30min ;將鑄膜液攪拌均勻經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底膜層在空氣中靜置15秒，然后將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，制得有機(jī)正滲透膜，并將膜在60°C水浴中熱處理lOmin，充分清洗之后，得到有機(jī)正滲透膜并放在I %亞硫酸氫鈉溶液中保存?zhèn)溆茫? 或按重量計(jì)，稱(chēng)取20g聚砜聚合物，溶解在80g由N，N-二甲基乙酰胺和聚乙二醇400組成的混合溶劑中，N，N- 二甲基乙酰胺和聚乙二醇400的比例為72: 8，配成聚合物濃度為20%的聚砜溶液；向配好的聚砜溶液中加入Ig有機(jī)碳納米管，在超聲中分散30分鐘配成含有l(wèi)wt%的有機(jī)碳納米管的鑄膜液，將鑄膜液攪拌均勻、經(jīng)靜置脫泡后涂覆在基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將底模層放入凝膠浴中凝膠成膜，采用間苯二胺和均苯三甲酰氯在形成的膜上進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，在110°C下反應(yīng)3分鐘；界面聚合反應(yīng)后將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機(jī)溶劑，從而制得有機(jī)正滲透膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)正滲`透膜的制備方法，其特征在于:所述基材選自聚酯篩網(wǎng)、無(wú)紡布、棉、玻璃板、流延板之一或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)正滲透膜的制備方法，其特征在于:所述三種方法的制備中均加有納米粒子；所述納米粒子選自甲殼素納米晶、納米有機(jī)硅、有機(jī)碳納米管、芘衍生物納米粒子或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)正滲透膜的制備方法，其特征在于:所述膜液中聚合物的含量按鑄膜液的總重量計(jì)為10-18被％或10-20被％或10-22wt% ;所述鑄膜液中納米粒子的含量按鑄膜液總重量計(jì)為0.04-20?丨％或0.05 一 IOwt %或0.l_5wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)正滲透膜的制備方法，其特征在于:所述底膜層的厚度為 60-200 μ m。
【文檔編號(hào)】B01D67/00GK103816811SQ201410065806
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】薛立新, 張安將, 趙秀蘭, 劉義平, 潘惠凱, 盛建芳 申請(qǐng)人:寧波蓮華環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>