一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜及其制备方法。所述的纳滤膜依次由厚度10μm～70μm无纺布支撑体底层、厚度10μm～30μm聚合物支撑中间层与厚度30nm～100nm致密分离层表层组成。本发明专利技术纳滤膜在超低压条件下仍具有超高通量和高硬度去除率，能够根据环境变化实现结构性能响应而改变产水量和水质，从而满足用户对产水量和产水水质的需求。本发明专利技术制得的纳滤膜可以更大程度地满足家用净水用膜需求，具有非常良好的应用前景。

Nanofiltration membrane for integral intelligent water tap and preparation method thereof

The invention relates to a nanofiltration membrane used for an integral intelligent water purifying faucet and a preparation method thereof. The nanofiltration membrane is sequentially composed of a thickness of 10 m to 70 mu m, a non-woven fabric support body, a bottom layer, a thickness of 10 mu m to 30 mu m, a polymer support intermediate layer and a surface layer of a dense 30nm to 100nm dense separation layer. The present invention nanofiltration membrane in ultra low pressure conditions with ultra high throughput and high removal rate of hardness, can according to the change of the environment to achieve structural performance response change production quantity and quality, so as to meet the needs of the user and the water quality of the water production. The nanofiltration membrane prepared by the invention can satisfy the membrane demand of household water purification to a great extent, and has a very good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜及其制备方法
本专利技术属于饮用水设备
更具体地，本专利技术涉及一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜，还涉及所述纳滤膜的制备方法。
技术介绍
高通量纳滤膜一直是研究热点，尤其是在不损失截留率的条件下如何提高纳滤膜通量已成为一个重要热点。目前，解决这个问题主要手段是改变配方体系，然而，通常会伴随产生一些负面效果，例如不能有效扩大分子或离子截留率范围，还会造成抗污染或抗氯性能下降，成本增加等。目前市场上销售的纳滤净水机使用的纳滤膜通量不高，但由于净水机尺寸大，纳滤滤芯装填体积也大，并且采用增压泵增压，所以产水量还能够满足用户需求。然而，目前净水龙头滤芯多为微滤级别，自来水不能深层次净化，加之净水龙头尺寸限制，现有纳滤滤芯产水量远不能满足用户需求。纳滤膜是介于超滤和反渗透之间的新型膜分离膜，使用纳滤膜的操作压力是0.2～1.0MPa，纳滤膜的截留分子量是200～2000。与超滤膜、反渗透膜膜分离技术相比，纳滤膜在较低操作压力下仍具有高水通量和高截留率，二价无机离子和低分子量有机分子尤其如此，其截留率高于90％。因此，纳滤膜逐渐广泛地应用于水处理、医药、食品和生物等
另外，纳滤膜在低压下的通量往往较低，而如果通量合适时，其分子截留又会较低，于是运行成本会偏高。此外，常规纳滤膜不具备环境响应的智能性。纳滤膜制备方法通常有相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法和化学改性法等。界面聚合法制备高通量聚酰胺纳滤膜，通常在反应体系中加入各种添加剂，通过在界面聚合反应中影响交联度或厚度等，从而增加聚酰胺脱盐层的疏松度，提高膜的透水量。例如在制备高通量纳滤膜的过程中，在水相中添加无机纳米粒子使得膜有效面积增加，从而达到通量提升；或者在油相中添加具有与聚酰胺溶解度参数比较接近的非质子性溶剂(如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等)，以控制酰氯水解程度，从而增加脱盐层疏松度；或者在后处理工艺中采用化学表面改性方式(如永酸类、醇类或者牛磺酸钠进行表面改性)提升其通量。但是，这种处理方式提升通量幅度有限，同时，由于引入其它小分子化合物而引起的副反应，导致生成的脱盐层较疏松，这样使得膜分子截留下降明显，因此带来膜性能提升效果并不显著。相转化法和稀溶液涂层法制备高通量纳滤膜时，一直集中研究通过减小致密分离层厚度，降低跨膜阻力以实现高通量的方法。磺化聚砜类聚合物具有较好的成膜能力，且通过控制相转化过程可制备纳滤或反渗透膜，但是由于所形成的致密分离层厚度较厚(通常大于1μm)，通量并没有大幅度提高，甚至往往低于聚酰胺纳滤膜的通量。在支撑底膜上涂覆交联涂层也可制备纳滤膜，如聚乙烯醇交联涂层和氧化石墨烯交联涂层，但是均不能有效控制交联涂层厚度，纳滤膜通量并不高。CN201510888071公开了一种具有温度响应功能的智能控制膜孔收缩的微孔膜的制备方法，利用侧链具有结晶性能的梳状聚合物通过浸没沉淀相分离的方法得到具有温度响应性的复合微孔膜。梳状聚合物侧链结晶导致大分子间自由体积增大，使得膜孔变大。当温度高于侧链结晶温度时，梳状聚合物处于无序状态，大分子间自由体积减小，使得膜孔闭合，该方法利用梳状聚合物的结晶与熔融调节膜孔的变化。CN103418255B公开了一种温度响应型超滤膜及其制备方法，温度响应型双亲水性聚合物赋予超滤膜对环境温度变化产生响应的功能，可通过温度的改变使膜的结构及特性发生可逆的变化，从而改变膜的分离特性如通量及抗污染特性。超滤膜可以通过进料液体温变的循环刺激过程，使双亲水性聚合物的疏水链在周期性温变时发生往复伸缩运动，形成自动排斥膜表面污染物的环境响应特性，促使膜产生响应，表面形态自动重新调整、组装。这种膜表面链段不断进行的伸展-卷缩运动，最终使膜表面形成对污染物的自洁效应。但是目前智能响应膜仅限于微滤和超滤，并未见有智能响应型纳滤膜。CN201510099468公开了一种能检测水质并净水的智能水龙头，然而该文献并没有解释如何在龙头管路内设置净水装置以及设置何种净水装置，受限于龙头管路的尺寸，该文献所提及的净水装置可能只是粗滤装置，例如过滤网或活性炭滤材，并不是满足真正的净水需求。CN201520162180公开了一种净化水系统及其智能水龙头，这种智能水龙头包括龙头主体和PCB板，该龙头主体开设有进水口和出水口，PCB板安装于所述龙头主体内并与所述净水器的控制单元连接；在监测和反馈净水器的工作状态、滤芯使用寿命和直饮水水质方面具有一定智能性。类似地，受限于龙头结构，该龙头并不能有效实现自来水深层净化。由此可见，现有智能水龙头受限于龙头管路尺寸和滤芯性能，特别是滤芯不具备纳滤功能，并不能有效实现自来水深层净化。另外，现有纳滤膜通量普遍不高以及缺少智能响应功能，大大限制了其应用范围。针对以上技术问题，本专利技术人通过大量实验研究与总结分析，终于完成了本专利技术。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是提供一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜。本专利技术的另一个目的是提供所述一体式智能净水龙头纳滤膜的制备方法。[技术方案]本专利技术是通过下述技术方案实现的。本专利技术涉及一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜。所述的纳滤膜依次由厚度10μm～70μm无纺布支撑体底层、厚度10μm～30μm聚合物支撑中间层与厚度30nm～100nm致密分离层表层组成；所述无纺布支撑体底层是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它们的混合物织成的无纺布；所述聚合物支撑中间层是由一种或多种选自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分离层是由一种或多种选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、阳离子纤维素、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述无纺布支撑体底层的单位面积重量是20～100g/m2，它的透气系数是0.1～10mL/cm2/s。根据本专利技术的另一种优选实施方式，制成无纺布支撑体底层的聚合物纤维的直径是0.05μm～50μm。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述聚合物支撑中间层具有贯通整个聚合物支撑中间层的孔，所述的孔具有轴对称型结构或非轴对称型结构。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述聚合物支撑中间层孔的直径是0.005μm～0.5μm。根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的致密分离层还含有一种或多种选自温度响应型聚合物、pH响应型聚合物、光照响应型聚合物或电场响应型聚合物的环境敏感型聚合物；所述的温度响应型聚合物选自聚N-异丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物、N-异丙基丙烯酰胺与可聚合含糖亲水单体共聚物、末端官能化聚N-异丙基丙烯酰胺或梳状聚合物；所述的pH响应型聚合物选自聚丙烯酸、丙烯酸酯类、聚4-乙烯基吡啶、水溶性羧甲基纤维素或水溶性壳聚糖；所述的光照响应型聚合物选自偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺环吡喃及其衍生物或多肽；所述的电场响应型聚合物选自交联的聚电解质或导电高分子。根据本专利技术的另一种优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜，其特征在于所述的纳滤膜依次由厚度10μm～70μm无纺布支撑体底层、厚度10μm～30μm聚合物支撑中间层与厚度30nm～100nm致密分离层表层组成；所述无纺布支撑体底层是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它们的混合物织成的无纺布；所述聚合物支撑中间层是由一种或多种选自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分离层是由一种或多种选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、阳离子纤维素、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。

【技术特征摘要】
1.一种用于一体式智能净水龙头的纳滤膜，其特征在于所述的纳滤膜依次由厚度10μm～70μm无纺布支撑体底层、厚度10μm～30μm聚合物支撑中间层与厚度30nm～100nm致密分离层表层组成；所述无纺布支撑体底层是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它们的混合物织成的无纺布；所述聚合物支撑中间层是由一种或多种选自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分离层是由一种或多种选自聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、阳离子纤维素、壳聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。2.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于所述无纺布支撑体底层的单位面积重量是20～100g/m2，它的透气系数是0.1～10mL/cm2/s。3.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于制成无纺布支撑体底层的聚合物纤维的直径是0.05μm～50μm。4.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于所述聚合物支撑中间层具有贯通整个聚合物支撑中间层的孔，所述的孔具有轴对称型结构或非轴对称型结构。5.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于所述聚合物支撑中间层孔的直径是0.005～0.5μm。6.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于所述的致密分离层还含有一种或多种选自温度响应型聚合物、pH响应型聚合物、光照响应型聚合物或电场响应型聚合物的环境敏感型聚合物；所述的温度响应型聚合物选自聚N-异丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物、N-异丙基丙烯酰胺与可聚合含糖亲水单体共聚物、末端官能化聚N-异丙基丙烯酰胺或梳状聚合物；所述的pH响应型聚合物选自聚丙烯酸、丙烯酸酯类、聚4-乙烯基吡啶、水溶性羧甲基纤维素或水溶性壳聚糖；所述的光照响应型聚合物选自偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺环吡喃及其衍生物或多肽；所述的电场响应型聚合物选自交联的聚电解质或导电高分子。7.根据权利要求6所述的纳滤膜，其特征在于所述环境敏感型聚合物的量是以所述致密分离层总重量计5～25％。8.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的纳滤膜，其特征在于该纳滤膜具有下述膜性能：在压力0.2～0.4MPa、温度22～25℃与市政自来水硬度235～245mg/L的条件下，所述纳滤膜的产水通量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦力，张庆磊，彭文娟，李锁定，张翠苗，汪洋，
申请(专利权)人：北京碧水源膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11