一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法，属于水处理技术领域。本发明专利技术利用多巴胺的亲水性和强粘附性对水滑石进行改性，并螯合稀土元素，制备了分散性强的聚多巴胺/水滑石纳米颗粒，亲水性的增强使得相分离速率加快，有利于指状孔的形成，指状孔变大，有利于膜过滤性能的提高，同时添加纳米颗粒后，在膜表面形成水化层，有效阻止污染物在膜表面的吸附作用，且改性水滑石的添加生成了致密的皮层，可有效抵抗低分子量物质进入膜孔内部引起的污染，促使膜表面独立的凸起发育成片状凸起，降低了膜表面污染物截留作用，减弱污染物与膜的吸附，使膜具有较高的抗污染性能，阻碍污染物进入膜孔，提高了膜清洗后纯水通量恢复率。

Preparation of a high throughput and pollution resistant nanofiltration membrane

The invention relates to a preparation method of a high flux and pollution resistant nanofiltration membrane, which belongs to the technical field of water treatment. The method uses the hydrophilicity and strong adhesion of dopamine to modify hydrotalcite and chelate rare earth elements to prepare polydopamine/hydrotalcite nanoparticles with strong dispersion. The enhancement of hydrophilicity accelerates the phase separation rate, facilitates the formation of finger holes, enlarges finger holes and improves the membrane filtration performance. When nano-particles are added, a hydration layer is formed on the surface of the membrane, which effectively prevents the adsorption of pollutants on the membrane surface, and the addition of Modified Hydrotalcite forms a dense cortex, which can effectively resist the pollution caused by low molecular weight substances entering the membrane pore, promote the independent bulge of the membrane surface to develop into flaky bulge, and reduce the membrane. The interception of surface pollutants weakens the adsorption of pollutants and membranes, makes the membranes have high anti-pollution performance, hinders the pollutants from entering the membrane pore, and improves the recovery rate of pure water flux after cleaning.

【技术实现步骤摘要】
一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法
本专利技术涉及一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法，属于水处理

技术介绍
众所周知，分离在现代工业，尤其是化工领域占有举足轻重的地位。近年来由于低能耗、低排放、自动化程度高、占地面积小等优势，膜分离技术逐渐取代传统的萃取、精馏等分离技术，备受关注。由于具有独特的孔径结构与荷电性能，纳滤膜一般被认为是依靠压力驱动，无相变、可实现分子级别的膜分离过程，在活性小分子有机物质，诸如抗生素、药物分子、催化剂等的分离应用中具有非常广阔的前景。目前，商用化纳滤膜渗透通量低、易污染、耐氯性差等缺点限制了其在工业中的应用。在众多膜分离过程中，纳滤分离过程一般被认为是分子级别的分离过程，适用于染料、抗生素、氨基酸等小分子有机物的分离。纳滤过程起始于80年代中后期，是一种新型的压力驱动的无相变的物理分离过程。纳滤膜的半径一般认为0.5～2.0nm，介于超滤、反渗透膜孔径之间，因而早期纳滤膜也被称为疏松反渗透膜。因而，纳滤过程被广泛应用于硬水软化；染料等活性物质的除盐和浓缩；水中少量有机物的去除；分子量不同的有机物的物料分离、纯化；医药领域中间体、抗生素的分离提纯；溶剂的回收利用等诸多工业领域。早期国内对纳滤的研究停留于对纳滤过程的设计上，对纳滤过程中的最重要一环——纳滤膜的开发相对滞后。我国纳滤膜研究的主要问题是达到相同的截留性能时，国内制备的纳滤膜的单位压力的水通量比较低，至今国内所应用的纳滤膜尚依赖国外进口。膜材料的缺乏成为限制我国纳滤膜应用、发展的主要原因，而发展先进膜材料则是解决这一问题的途径和手段。目前，纳滤商品化纳滤膜材料仍然以聚芳香酰胺与聚哌嗪酰胺为主，渗透通量低，易污染。欲进一步扩宽纳滤膜应用领域，增加膜的渗透通量、耐污染性是极其必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前商品化纳滤膜材料仍然以聚芳香酰胺与聚哌嗪酰胺为主，渗透通量低，易污染的问题，提供了一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）取稀土盐溶解在去离子水中，再加入水滑石，在70～80℃下以300W超声波超声分散20～30min，得混合液；（2）向混合液中加入多巴胺搅拌均匀，再加入pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液，并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8.5～9.0，持续搅拌5～8h后加入丙酮中离心分离，得沉淀；（3）将沉淀加入二甲基乙酰胺中离心分离取沉淀物，将沉淀物干燥得改性水滑石；（4）取改性水滑石加入二甲基乙酰胺中超声分散，再加入聚偏氟乙烯、醋酸纤维素，在40～50℃下搅拌1～2h，再静置脱泡1～2h，得铸膜液；（5）用刮刀将铸膜液在干净的玻璃板上刮制成液膜，空气中静置10～15s后浸入去离子水凝固浴中进行固化成膜，浸泡24～30h后取出，并置于去离子水中保存，得高通量耐污染纳滤膜。步骤（1）所述稀土盐为硝酸镧、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铈中的一种或多种。步骤（1）所述稀土盐用量为去离子水质量的0.05～0.20%。步骤（1）所述水滑石用量为去离子水质量的5～15%。步骤（2）所述多巴胺用量为稀土盐质量的50～150倍，所述多巴胺与三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液的质量比为1：1。所述离心分离转速为4000～5000r/min。步骤（4）所述改性水滑石、二甲基乙酰胺、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素的重量份为1～2份改性水滑石，100～120份二甲基乙酰胺，20～25份聚偏氟乙烯，10～15份醋酸纤维素。步骤（5）所述液膜厚度为200～300μm。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术利用稀土元素用作稳定剂与助剂，增强了纳滤膜性能、减少了污染，在纳滤膜中改善纳滤膜亲和力、提升强度以及节约成本，并作为偶联剂，改善高分子材料与稀土元素具有的独特电子层结构（最外层和次外层电子易失去），形成不同价态的稀土离子，使得稀土具有活泼的配位性，可与细菌细胞壁、细胞质膜及细胞内DNA作用，对细菌的增殖生长起抑制作用，从而使稀土具有抗菌作用，改变了纳滤膜的结构和性能，将稀土结合膜技术，以增强膜纯水通量、机械强度、稳定性、抗菌性和耐污染性；（2）本专利技术利用多巴胺的亲水性和强粘附性对水滑石进行改性，并螯合稀土元素，制备了分散性强的聚多巴胺/水滑石纳米颗粒，亲水性的增强使得相分离速率加快，有利于指状孔的形成，指状孔变大，有利于膜过滤性能的提高，同时添加亲水剂后，在膜表面形成水化层，有效阻止污染物在膜表面的吸附作用，另一方面结合膜结构的影响因素，改性水滑石的添加生成了致密的皮层，可有效抵抗低分子量物质进入膜孔内部引起的污染，促使膜表面独立的凸起发育成片状凸起，降低了膜表面污染物截留作用，减弱污染物与膜的吸附，使膜具有较高的抗污染性能，阻碍污染物进入膜孔，提高了膜清洗后纯水通量恢复率。具体实施方式取0.1～0.2g稀土盐，加入100～200mL去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入10～15g水滑石，在70～80℃下以300W超声波超声分散20～30min，得混合液，向混合液中加入1.0～1.5g多巴胺，以300～400r/min搅拌30～40min，再加入1.0～1.5gpH为8.5的三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液，并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8.5～9.0，持续搅拌5～8h后加入200～300g丙酮中，并装入离心机中以4000～5000r/min离心分离15～20min，得沉淀，将沉淀加入100～200g二甲基乙酰胺中，并装入离心机中以4000～5000r/min离心分离15～20min取沉淀物，将沉淀物置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得改性水滑石，取1～2g改性水滑石加入100～120g二甲基乙酰胺中，以300W超声波超声分散20～30min，再加入20～25g聚偏氟乙烯，10～15g醋酸纤维素，在40～50℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌1～2h，再转入真空箱中静置脱泡1～2h，得铸膜液，用刮刀将铸膜液在干净的玻璃板上刮制成厚度为200～300μm的液膜，空气中静置10～15s后浸入温度为20～30℃的去离子水凝固浴中进行固化成膜，浸泡24～30h后取出，并置于去离子水中保存，得高通量耐污染纳滤膜。实例1取0.1g硝酸镧，加入100mL去离子水中，以300r/min搅拌20min，再加入10g水滑石，在70℃下以300W超声波超声分散20min，得混合液，向混合液中加入1.0g多巴胺，以300r/min搅拌30min，再加入1.0gpH为8.5的三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液，并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8.5，持续搅拌5h后加入200g丙酮中，并装入离心机中以4000r/min离心分离15min，得沉淀，将沉淀加入100g二甲基乙酰胺中，并装入离心机中以4000r/min离心分离15min取沉淀物，将沉淀物置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得改性水滑石，取1g改性水滑石加入100g二甲基乙酰胺中，以300W超声波超声分散20min，再加入20g聚偏氟乙烯，10g醋酸纤维素，在40℃恒温水浴下，以300r/min搅拌1h，再转入真空箱中静置脱泡1h，得铸膜液，用刮刀将铸膜液在干净的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）取稀土盐溶解在去离子水中，再加入水滑石，在70～80℃下以300W超声波超声分散20～30min，得混合液；（2）向混合液中加入多巴胺搅拌均匀，再加入pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液，并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8.5～9.0，持续搅拌5～8h后加入丙酮中离心分离，得沉淀；（3）将沉淀加入二甲基乙酰胺中离心分离取沉淀物，将沉淀物干燥得改性水滑石；（4）取改性水滑石加入二甲基乙酰胺中超声分散，再加入聚偏氟乙烯、醋酸纤维素，在40～50℃下搅拌1～2h，再静置脱泡1～2h，得铸膜液；（5）用刮刀将铸膜液在干净的玻璃板上刮制成液膜，空气中静置10～15s后浸入去离子水凝固浴中进行固化成膜，浸泡24～30h后取出，并置于去离子水中保存，得高通量耐污染纳滤膜。

【技术特征摘要】
1.一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）取稀土盐溶解在去离子水中，再加入水滑石，在70～80℃下以300W超声波超声分散20～30min，得混合液；（2）向混合液中加入多巴胺搅拌均匀，再加入pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷/盐酸缓冲液，并用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节pH为8.5～9.0，持续搅拌5～8h后加入丙酮中离心分离，得沉淀；（3）将沉淀加入二甲基乙酰胺中离心分离取沉淀物，将沉淀物干燥得改性水滑石；（4）取改性水滑石加入二甲基乙酰胺中超声分散，再加入聚偏氟乙烯、醋酸纤维素，在40～50℃下搅拌1～2h，再静置脱泡1～2h，得铸膜液；（5）用刮刀将铸膜液在干净的玻璃板上刮制成液膜，空气中静置10～15s后浸入去离子水凝固浴中进行固化成膜，浸泡24～30h后取出，并置于去离子水中保存，得高通量耐污染纳滤膜。2.如权利要求1所述的一种高通量耐污染纳滤膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述稀土盐为硝酸镧、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铈中的一种或多种。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丽春，张桂芳，李静，
申请(专利权)人：佛山市陵谐环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44