本發(fā)明涉及高分子膜領(lǐng)域，特別是涉及一種正滲透膜的制備方法。
背景技術(shù)：
地球表面大部分被海洋覆蓋，其中僅有0.8％的水資源是可飲用的淡水，隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重導(dǎo)致全球面臨嚴(yán)重的水資源、環(huán)境和能源危機。開發(fā)利用占地球表面99％以上的海水是解決水資源危機的有效途徑。然而，目前海水淡化廣泛采用的反滲透技術(shù)需要施加較大的外壓，能耗較高。正滲透技術(shù)正是為解決這一關(guān)鍵問題而誕生的新興水處理技術(shù)。正滲透技術(shù)是將滲透壓不同的溶液放置在半透膜的兩側(cè)，水在滲透壓差的推動下自發(fā)地從低滲透壓側(cè)(進料液)到高滲透壓側(cè)(驅(qū)動液)，達到驅(qū)動側(cè)溶液被稀釋，進料側(cè)溶液被濃縮的過程。正滲透過程不需要外加壓力，能耗較少，過程對膜的污染程度較低，過程的回收率較高，環(huán)境效應(yīng)友好，由于正滲透過程的這些優(yōu)點使得其在海水淡化、苦咸水脫鹽、食品濃縮、發(fā)電、藥物控制釋放等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間，評價正滲透膜材料的性能指標(biāo)包括通量和膜材料對鹽的截留能力，簡稱鹽截留率，在正滲透過程中，半透膜兩側(cè)的滲透壓差可以比反滲透過程中的推動力高得多，理論上講正滲透可以實現(xiàn)比反滲透高得多的透量，但因為內(nèi)濃差極化的存在導(dǎo)致有效滲透壓差Δπeff遠小于驅(qū)動液和進料液的滲透壓差Δπ，很大程度上降低了滲透過程的推動力，因此實際通量遠小于理論通量。內(nèi)濃差極化是由于透過半透膜的水或鹽離子向驅(qū)動液和進料液本體的擴散阻力所造成的，所以膜材料支撐層越薄，擴散阻力越小，內(nèi)濃差極化就越弱，通量越高；皮層越薄，水分子傳質(zhì)阻力越小，通量越高。另外，在保證膜強度的前提下，膜材料支撐層孔結(jié)構(gòu)越連通，孔徑越大，通量越高。鹽截留率主要取決于膜材料皮層的致密程度，皮層完全致密，鹽離子不能透過，同時水分子也無法透過，皮層的孔徑最 好在0.4～0.6納米之間，鹽截留率最高，理想的正滲透膜材料應(yīng)該是具有以下特征的膜材料：(1)皮層具有良好的親水性，通量高，抗污染性能好(2)皮層孔徑最好在0.4～0.6納米之間，保證高的鹽截留率；厚度盡量小，提高通量(3)支撐層盡量薄，孔隙率大，孔結(jié)構(gòu)高度連通，具有高的傳質(zhì)系數(shù)，減小內(nèi)濃差極化(4)具有良好的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，其中要提高膜通量，就要盡可能降低過程中的內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，在保證膜強度的前提下，降低皮層厚度，同時膜的抗污染性能及抗菌性能也要予以重視，而除了控制孔徑外，增加膜的比表面積也有助于提高鹽截留率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，本發(fā)明目的是提供一種正滲透膜的制備方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種正滲透膜的制備方法，包括以下步驟：
1)鑄膜液的制備：將醋酸纖維素、納米物質(zhì)進入到溶劑中進行混合，在在溫度45-60℃條件下進行攪拌溶解，形成均勻的鑄膜液；
其中，納米物質(zhì)包括納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物；
2)超聲脫泡：對步驟1)中制得的鑄膜液進行超聲脫泡；
3)刮膜：將步驟2)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于干燥潔凈的玻璃板上，通過刮膜機與溫度為30-40℃，相對濕度為65-85％條件下一次刮膜形成初生態(tài)膜，
4)凝膠浴處理：將步驟3)中形成的初生態(tài)膜放入凝膠浴中分相固化形成膜材料；其中，凝膠浴的介質(zhì)為醇與水的混合物，凝膠浴溫度為25-40℃；
5)漂洗：將步驟4)中的膜材料用去離子水漂洗，除去殘余的高分子溶劑 和揮發(fā)性添加劑，獲得醋酸纖維素正滲透膜材料。
上述一種正滲透膜的制備方法，其中，步驟1)中，所述的鑄膜液含有25-38wt％的醋酸纖維素，所述鑄膜液中納米物質(zhì)的含量為0.1-1.5wt％。
上述一種正滲透膜的制備方法，其中，步驟1)中，所述溶劑為四氯乙烷、N-N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、碳酸丙二醇酯中的一種或幾種與揮發(fā)性溶劑的混合物。
上述一種正滲透膜的制備方法，其中，步驟1)中的納米物質(zhì)中納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的比例為1.2-1.5:1:1.8-2.5。
上述一種正滲透膜的制備方法，其中，所述揮發(fā)性添加劑選自甲醇，苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氫呋喃、丙酮、三氯化碳和正己烷中的一種或幾種，所述揮發(fā)性添加劑與其他溶劑的質(zhì)量比為0.01-1：1。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明一方面通過選擇合適的制備步驟和制備材料克服現(xiàn)有正滲透膜膜通量較低的缺陷，同時也通過納米物質(zhì)的加入提高了膜滲透通量的抗污染及抗菌能力，根據(jù)不同溶劑的鑄膜液得到的膜材料結(jié)構(gòu)差異較大的特點，通過選擇合適的溶劑，得到孔隙率較高的膜材料，通過加入與凝膠浴相容性好的揮發(fā)性添加劑有利于致密皮層的形成，一方面，加入揮發(fā)性添加劑后初生態(tài)膜在空氣段停留時間內(nèi)揮發(fā)性添加劑揮發(fā)后可提高膜表面高分子濃度有利于提高皮層致密性，另一方面，揮發(fā)性添加劑與凝膠浴相溶性好，則以延遲相分離機理成膜，有利于致密皮層的形成。同時納米物質(zhì)納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物的加入，一方面，沸石分子篩的加入通過微量增加比表面積有助于增加鹽截留率，另一方面，納米物質(zhì)也在膜上起到抗菌，增強抗污染的性能。
具體實施方式
為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面 結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。
實施例1：一種正滲透膜的制備方法，包括以下步驟：
1)鑄膜液的制備：將醋酸纖維素38wt％、納米物質(zhì)1wt％進入到溶劑中進行混合，在在溫度50℃條件下進行攪拌溶解，形成均勻的鑄膜液；
其中，納米物質(zhì)包括納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物，納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的比例為1.5:1:2.5，
其中，所述溶劑為N-N-二甲基甲酰胺與甲醇(1:1)的混合物；
2)超聲脫泡：對步驟1)中制得的鑄膜液進行超聲脫泡；
3)刮膜：將步驟2)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于干燥潔凈的玻璃板上，通過刮膜機與溫度為40℃，相對濕度為65％條件下一次刮膜形成初生態(tài)膜，
4)凝膠浴處理：將步驟3)中形成的初生態(tài)膜放入凝膠浴中分相固化形成膜材料；其中，凝膠浴的介質(zhì)為醇與水的混合物，凝膠浴溫度為35℃；
5)漂洗：將步驟4)中的膜材料用去離子水漂洗，除去殘余的高分子溶劑和揮發(fā)性添加劑，獲得醋酸纖維素正滲透膜材料。
實施例2：一種正滲透膜的制備方法，包括以下步驟：
1)鑄膜液的制備：將醋酸纖維素30wt％、納米物質(zhì)1.5wt％進入到溶劑中進行混合，在在溫度45℃條件下進行攪拌溶解，形成均勻的鑄膜液；
其中，納米物質(zhì)包括納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物，納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的比例為1.2:1:1.8，
其中，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮與乙酸乙酯(1:0.01)的混合物；。
2)超聲脫泡：對步驟1)中制得的鑄膜液進行超聲脫泡；
3)刮膜：將步驟2)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于干燥潔凈的玻璃板上，通過刮膜機與溫度為30℃，相對濕度為85％條件下一次刮膜形成初生態(tài)膜，
4)凝膠浴處理：將步驟3)中形成的初生態(tài)膜放入凝膠浴中分相固化形成膜材料；其中，凝膠浴的介質(zhì)為醇與水的混合物，凝膠浴溫度為25℃；
5)漂洗：將步驟4)中的膜材料用去離子水漂洗，除去殘余的高分子溶劑和揮發(fā)性添加劑，獲得醋酸纖維素正滲透膜材料。
實施例3：一種正滲透膜的制備方法，包括以下步驟：
1)鑄膜液的制備：將醋酸纖維素25wt％、納米物質(zhì)0.1wt％進入到溶劑中進行混合，在在溫度60℃條件下進行攪拌溶解，形成均勻的鑄膜液；
其中，納米物質(zhì)包括納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物，納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的比例為1.3:1:2，
其中，所述溶劑為碳酸丙二醇酯與四氫呋喃(1:0.1)的混合物。
2)超聲脫泡：對步驟1)中制得的鑄膜液進行超聲脫泡；
3)刮膜：將步驟2)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于干燥潔凈的玻璃板上，通過刮膜機與溫度為35℃，相對濕度為75％條件下一次刮膜形成初生態(tài)膜，
4)凝膠浴處理：將步驟3)中形成的初生態(tài)膜放入凝膠浴中分相固化形成膜材料；其中，凝膠浴的介質(zhì)為醇與水的混合物，凝膠浴溫度為40℃；
5)漂洗：將步驟4)中的膜材料用去離子水漂洗，除去殘余的高分子溶劑和揮發(fā)性添加劑，獲得醋酸纖維素正滲透膜材料。
本發(fā)明一方面通過選擇合適的制備步驟和制備材料克服現(xiàn)有正滲透膜膜通量較低的缺陷，同時也通過納米物質(zhì)的加入提高了膜滲透通量的抗污染及抗菌能力，根據(jù)不同溶劑的鑄膜液得到的膜材料結(jié)構(gòu)差異較大的特點，通過選擇合適的溶劑，得到孔隙率較高的膜材料，通過加入與凝膠浴相容性好的揮發(fā)性添加劑有利于致密皮層的形成，一方面，加入揮發(fā)性添加劑后初生態(tài)膜在空氣段 停留時間內(nèi)揮發(fā)性添加劑揮發(fā)后可提高膜表面高分子濃度有利于提高皮層致密性，另一方面，揮發(fā)性添加劑與凝膠浴相溶性好，則以延遲相分離機理成膜，有利于致密皮層的形成。同時納米物質(zhì)納米TiO2、納米SiO2和載有金屬離子的沸石分子篩的混合物的加入，一方面，沸石分子篩的加入通過微量增加比表面積有助于增加鹽截留率，另一方面，納米物質(zhì)也在膜上起到抗菌，增強抗污染的性能。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。