一种纳滤膜、制备方法以及染料分离方法技术

技术编号:22556560 阅读:35 留言:0更新日期:2019-11-16 00:49
本文选用静电纺丝纳米纤维膜作为基膜,并通过简单的参杂交联方法在过渡层中引用聚乙烯亚胺,纤维中裸露的胺类功能基团在界面聚合过程中发挥很大作用。不仅提高了膜的整体分离性能,而且制备的膜有着很好的稳定性,对于染料有着很好的截留效果,在测试压力为2bar时截留率均达到90%以上,制备的膜有着很好的纯水通量38.5±4 L m

A nanofiltration membrane, preparation method and dye separation method

In this paper, the electrospun nanofiber membrane is selected as the base membrane, and polyethyleneimine is introduced into the transition layer by simple cross-linking method. The exposed amine functional groups in the fiber play a great role in the process of interfacial polymerization. It not only improves the overall separation performance of the membrane, but also has a good stability. It has a good retention effect for dyes. When the test pressure is 2 bar, the retention rate is above 90%, and the prepared membrane has a good pure water flux of 38.5 \u00b1 4 LM

【技术实现步骤摘要】
一种纳滤膜、制备方法以及染料分离方法
本专利技术涉及一种纳滤膜、制备方法以及染料分离方法,属于膜分离

技术介绍
纺织印染业通常会消耗大量的水,是最难处理的废水来源之一,大部分都是不可生物降解的,一般毒性很大,甚至可能对水生生物有害。所以对于染料废水处理越来越受到关注。因此,将染料从水中释放到环境中不充分,不仅会污染生活水资源,也会给人类带来很大的生存风险,而且还会降低光线穿透力,对水生动植物群造成不良影响。在这些问题的条件下,许多研究努力试图从废水中高效去除染料。常用的处理方法包括物理处理过程,如沉淀和过滤,化学处理方法,如消毒和化学氧化,和生物处理方式,如厌氧和好氧消化。在这些方法中,作为废水处理技术的有前途的方法,膜分离技术被认为是环境友好的,易于控制和操作,以及低能量消耗。其中,纳滤(NF)过程是一种压力驱动分离过程,是水软化,染料脱盐,制药,废水回收等应用中最活跃的分离和纯化方法之一。纳滤膜是一种液相压力驱动分离工艺,孔径在纳米范围(0.5~2nm),截留分子量(MWCO,膜截留率等于90%时对应的分子量)是200到1000之间。它的主要分离机制涉及空间位阻排斥,静电相互作用(Donnan效应)。传统的纳滤膜主要由支撑层,中间层和表面选择层三部分组成,通常的相转化膜存在严重的浓差极化现象,高弯曲度、低孔隙率和低通量等缺陷。静电纺丝是生产多孔纳米纤维基质的通用技术。多孔基材,具有低弯曲度,高孔隙率和较高的通量。具有大孔的基材也倾向于在基材上形成更薄的选择性层,这也可以增强渗透性,同时降低内部的浓差极化现象,并且纤维之间的黏连效应使得复合膜还具有优异的机械稳定性。电纺纳米纤维膜的形成基于在高压场下由聚合物溶液或熔体弹性射流的单轴拉伸和伸长。纤维间孔隙大(μm尺寸),而且聚合物纳米纤维的堆叠熔融连接提供良好的机械性能。因此,电纺纳米纤维基材是膜分离的理想选择。通常静电纺丝将聚丙烯腈,聚砜,聚醚砜和聚乙烯醇等材料用作基膜纺丝材料。选择这些聚合物是因为它们具有良好的可纺性和易于进一步改性。由于染料的分子量大和尺寸大,为了获得高分离性能和高通量膜,一般的制备方法是制备截留分子量较高的膜。例如,Ding等[1]。通过逐层方法制备堆叠的SiO2薄膜作为截留分离层,其上由涂覆在聚砜基板表面上的聚多巴胺层构成,然后涂覆有壳聚糖层,所得到的膜显示出对所处理溶液具有较高的性能。Li等[2]。通过在水解的聚丙烯腈(HPAN)超滤膜上涂覆聚乙烯亚胺(PEI)层,然后用植酸盐(IP6)磷酸化和交联过程制备膜,所得膜显示出对染料有着较高的截留性能和对盐有着较好的渗透性。陈等人[3]。通过在聚丙烯中空纤维基材上逐层制备带相反电荷的羧甲基纤维素钠和聚乙烯亚胺的聚电解质,在每次沉积之间进行戊二醛交联,以制备包含中空纤维纳滤膜的双层活性表面层的聚电解质。结果,该膜表现出高的染料截留性。然而纳米颗粒加入时,可能发生颗粒的不均匀分布、团聚现象,这直接导致膜表面的缺陷,从而降低膜的保持性能。而且,制备的纳滤膜对高分子量染料有较高的性能,却难以对分子量小于500g/mol的染料纳滤膜具有良好的排斥性和渗透性能。尽管已经有很多工作处理低分子量染料,并且还具有良好的截留性能,但同时难以保证高通量。由于静电纺丝的许多优点,现有技术中也有一些技术方案使用电纺纤维作为基材。但是,表面孔径比较大且孔隙率高。使得它对小分子几乎没有排斥特性。因此,还开发了各种方法以在纳米纤维基底上构建功能性阻挡层,例如浸泡在凝固浴中,引入亲水性多巴胺过渡层,通过溶剂蒸气或良溶剂和不良溶剂的适当混合物溶胀顶部电纺纳米纤维,通过热压处理重熔电喷射纳米纤维或纳米粒子。[1]W.-Z.Qiu,Y.Lv,Y.Du,H.-C.Yang,Z.-K.Xu,Compositenanofiltrationmembranesviatheco-depositionandcross-linkingofcatechol/polyethylenimine,RSCAdvances,6(2016)34096-34102.[2]P.Li,Z.Wang,L.Yang,S.Zhao,P.Song,B.Khan,Anovelloose-NFmembranebasedonthephosphorylationandcross-linkingofpolyethyleneiminelayeronporousPANUFmembranes,JournalofMembraneScience,555(2018)56-68.[3]Q.Chen,P.Yu,W.Huang,S.Yu,M.Liu,C.Gao,High-fluxcompositehollowfibernanofiltrationmembranesfabricatedthroughlayer-by-layerdepositionofoppositelychargedcrosslinkedpolyelectrolytesfordyeremoval,JournalofMembraneScience,492(2015)312-321.
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:采用传统的相转化膜作为基膜制备疏松纳滤膜时,制备得到的纳滤膜的截留分子量高、通量低、膜强度低的问题。本专利技术提出了一个新的基于静电纺丝膜基膜的纳滤膜及其制备方法。采用的技术构思是:首先,通过静电纺丝技术将相对较厚的PAN纳米纤维支撑层制成多孔基质。然后,将超薄聚丙烯腈和聚乙烯亚胺交联纤维层直接静电纺丝在聚丙烯腈纤维的表面上,作为中间层,然后进行界面聚合反应制备表面选择层。通过简单的方法将纤维官能化以制备双层膜。一方面,它节省了成本,另一方面,充分发挥了每个组成部分的效果。静电纺丝后,从锡箔纸上取下,然后在真空干燥箱中干燥一定时间除去残留溶剂,然后进行热压处理。由于添加了聚乙烯亚胺,所以基膜的机械性能有所提升,然后是多胺和酰氯在表面上的界面聚合。此外,加入酰氯还可以与基膜上的聚乙烯亚胺的氨基反应,从而提高稳定性。所得复合膜经历进一步的染料截留试验。所得到的膜不仅对大分子量染料具有良好的截留性能,而且对于小分子量染料也具有良好的截留性能,并且复合纳滤膜具有较高的通量。还进行了长期稳定性实验,发现截留率保持非常稳定,通量在开始时降低一段时间后维持较高且稳定的性能。同时,进行低压实验以证明制备的膜是低压纳滤膜。本专利技术的第一个方面,提供了:一种纳滤膜,是由基膜、中间层、选择分离层依次复合而成;所述的基膜是通过静电纺丝法制备得到的,所述的中间层中加入有聚乙烯亚胺。在一个实施方式中,所述的选择分离层是聚酰胺。在一个实施方式中,所述的中间层是通过静电纺丝法制备得到的。本专利技术的第二个方面,提供了:上述的纳滤膜的制备方法,包括如下步骤:第1步,提供基膜;第2步,在基膜上施加一层含有聚乙烯亚胺的中间层;第3步,在中间层的表面通过界面聚合法制备得到选择分离层。在一个实施方式中,所述的第2步的步骤是:将聚乙烯亚胺与本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种纳滤膜,其特征在于,是由基膜、中间层、选择分离层依次复合而成;所述的基膜是通过静电纺丝法制备得到的,所述的中间层中加入有聚乙烯亚胺。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳滤膜,其特征在于,是由基膜、中间层、选择分离层依次复合而成;所述的基膜是通过静电纺丝法制备得到的,所述的中间层中加入有聚乙烯亚胺。


2.根据权利要求1所述的纳滤膜,其特征在于,在一个实施方式中,所述的选择分离层是聚酰胺。


3.根据权利要求1所述的纳滤膜,其特征在于,在一个实施方式中,所述的中间层是通过静电纺丝法制备得到的。


4.根据权利要求1所述的纳滤膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
第1步,提供基膜;
第2步,在基膜上施加一层含有聚乙烯亚胺的中间层;
第3步,在中间层的表面通过界面聚合法制备得到选择分离层。


5.根据权利要求4所述的纳滤膜的制备方法,其特征在于,在一个实施方式中,所述的第2步的步骤是:将聚乙烯亚胺与聚丙烯腈溶解于有机溶剂中,得到纺丝液,再通过静电纺丝法在基膜上制备出纳米纤维中间层。<...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙世鹏陆金朋陆天丹王亦晨杨雯杰褚昌辉
申请(专利权)人:南京工业大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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