一种用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用。所述的纳滤膜包括改性PVB多孔基膜及在改性PVB多孔基膜的单侧表面反应形成的聚酰胺超薄脱盐层。聚酰胺超薄脱盐层与PVB多孔基膜之间以化学键结合，使得基膜与聚酰胺分离层结合牢固且分离层完整无缺陷，解决了目前纳滤膜常见的基膜与聚酰胺分离层由简单的附着力结合而导致的结合力较弱问题，避免了纳滤膜在长期运行过程由于操作压力波动、流速变化、清洗等导致纳滤膜发生分离层缺陷、脱落、分层等膜性能劣化或失效的问题。本发明专利技术的纳滤膜亲水性好、水通量高，具有双效重金属去除能力及抗菌性，耐溶胀及耐污染性能优良，长期使用性能稳定，适用于过滤精度要求高的净水设备，尤其是家用净水设备。

A nanofiltration membrane for water purification and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子膜分离
，涉及一种用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
应用于净水设备的过滤膜技术主要有微滤、超滤、纳滤和反渗透等技术。其中，纳滤膜是孔径介于反渗透膜和超滤膜之间的一种分离膜，对二价、高价离子及相对分子质量大于200的有机物有较高的截留率，在海水和苦咸水脱盐、污水处理和生物制药等领域具有广泛的应用前景。在家用净水领域，相对反渗透膜技术，纳滤膜技术操作压力低，而且可以保留部分微量元素和矿物质；与超/微滤膜技术相比，硬度去除率高，可使水质软化，同时有效降低水中的有机物污染，因而越来越受到市场的青睐。纳滤膜净水工艺过程的核心是高性能的纳滤膜及其制备方法。目前纳滤膜的研究趋势是制备超薄复合膜(TFC)。所谓的超薄复合膜一般是由超薄脱盐层和起支撑作用的多孔基膜复合构成；其中，超薄脱盐层通常采用界面聚合的方法制备，多孔基膜通常采用常规的相分离法制备。而多孔基膜的材质、亲水性、结构及特性对纳滤膜的超薄脱盐层的完整性、物化稳定性、产水通量、以及盐的截留性能等具有显著影响；合适孔径、高孔隙率、亲水性好的多孔基膜有利于降低纳滤过程的传质阻力及内浓差极化。此外，多孔基膜与超薄脱盐层的结合方式，以及超薄脱盐层的厚度、疏松程度等与界面聚合方法及过程密切相关。目前TFC类型的纳滤膜，主要存在多孔基膜与脱盐层结合力较弱、脱盐层较厚且容易存在缺陷等问题，导致产水通量较低、高价盐及重金属离子的去除率达不到要求、膜长期运行容易产生性能衰减劣化、耐污染性能较差、没有抗菌性等。因此，本领域技术人员极有必要提供一种多孔基膜与脱盐层之间牢固结合，能够满足长期使用要求的用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术所要解决的是提供一种多孔基膜与脱盐层之间牢固结合，能够满足长期使用要求的用于净水的纳滤膜及其制备方法和应用，尤其适用于净水设备中。本专利技术的目的之一是提供一种用于净水的纳滤膜，所采用的技术方案如下：一种用于净水的纳滤膜，包括改性PVB多孔基膜及在改性PVB多孔基膜的单侧表面反应形成的聚酰胺超薄脱盐层。优选的，所述PVB也即聚乙烯醇缩丁醛的分子量在2.5万至20万之间，其中，缩丁醛含量65-88wt％，醇羟基含量11-27wt％。优选的，所述改性PVB多孔基膜是氨基化的PVB多孔基膜。进一步的，所述氨基化的PVB多孔基膜是PVB多孔基膜先经酰氯化得到酰氯化的PVB多孔基膜、再经过氨基化反应而得到。进一步的，其中，所述的PVB多孔基膜为高孔隙率的海绵孔结构，平均孔径在0.01-0.65μm。进一步的，所述酰氯化的PVB多孔基膜是通过均苯三甲酰氯与PVB的羟基反应而得到；所述氨基化的PVB多孔基膜是通过酰氯化的PVB多孔基膜与聚乙烯胺及哌嗪分子中的氨基反应而得到。进一步的，所述的聚酰胺超薄脱盐层是在氨基化的PVB多孔基膜单侧表面与均苯三甲酰氯反应结合而形成。进一步的，所述超薄脱盐层的厚度在20nm-400nm之间；和/或，所述PVB多孔基膜未结合聚酰胺超薄脱盐层的一侧通过戊二醛水溶液进行交联处理。本专利技术的目的之二是提供一种前述的用于净水的纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：S1、按PVB5-40wt％，溶剂50-85wt％，致孔剂1-20wt％配置PVB铸膜液，首先将致孔剂完全溶解于溶剂中，之后加入PVB，搅拌加热溶解形成完全溶解的铸膜液，静置脱泡待用，得到配制好的PVB铸膜液；S2、将配制好的PVB铸膜液挤出纺制中空纤维初生态膜丝，控制初生态膜发生相转化，从液相固化成膜，再将膜丝缠绕在卷膜机上；将膜丝置于水中进一步把膜内的溶剂及致孔剂完全溶出，之后，将PVB膜丝冷冻干燥，得到PVB多孔基膜；S3、以质量百分数计，称取0.25-2％哌嗪、0.1-2％聚乙酰胺也即PVAm，其余为蒸馏水，首先将PVAm溶于水中，搅拌完全溶解，之后，加入哌嗪，完全溶解均匀后，制得含有水相单体的水溶液；以质量百分数计，称取0.05％-0.2％均苯三甲酰氯即TMC、99.8％-99.95％的烃类有机溶剂，将均苯三甲酰氯和烃类有机溶剂混合制得含有油相单体的有机溶液；S4、将PVB多孔基膜制作成中空纤维膜组件，常温下用泵循环输送S3中制备的TMC溶液，流过PVB多孔基膜的外侧表面(即流过膜组件的壳程)，之后，将TMC溶液置换成纯的正己烷，用再用氮气吹扫干，获得酰氯化的PVB多孔基膜；S5、常温下用泵循环输送步骤S3中制备的含PVAm及哌嗪的水溶液流过酰氯化的PVB多孔基膜的内、外侧两个表面，再用氮气将多孔基膜的内、外侧两表面吹干至表面无液体，获得氨基化的PVB多孔基膜；S6、常温下用泵循环输送S3中制备的TMC溶液，流经氨基化的PVB多孔基膜的外侧表面进行界面反应，在氨基化的PVB多孔基膜表面形成聚酰胺超薄脱盐层，再用氮气将该表面过量的TMC溶液吹除，再放入烘箱中热处理，形成完整致密的聚酰胺超薄脱盐层；S7、常温下用泵循环输送质量百分含量为0.5-5％的戊二醛水溶液流过步骤S6界面反应后的纳滤膜的多孔基膜侧表面(即中空纤维膜丝的内表面)，对多孔基膜进行化学交联，之后，将戊二醛水溶液置换成蒸馏水，再放入烘箱中热处，得到纳滤膜。优选的，步骤S1中的溶剂采用二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任一种或多种的组合。优选的，步骤S1中的致孔剂采用聚乙烯吡咯烷酮、无机盐、蒸馏水中的任一种或多种的组合。优选的，步骤S1中的加热溶解温度是50-90℃，完全溶解后的铸膜液温度保持在溶解温度恒温待用。优选的，步骤S2中，将配制好的PVB铸膜液从双通道喷丝头中挤出，内层通道为芯液通道，外层通道为铸膜液通道；控制铸膜液和芯液的温度、流量以及纺丝速度，在空气段停留0至5秒后浸入外凝胶浴中，初生态膜丝发生相转化，从液相固化成膜丝，再将膜丝缠绕在卷膜机上；其中，外凝胶浴及芯液均选用PVB的非溶剂。优选的，步骤S2得到的PVB中空纤维膜丝的外径在0.4mm-1.2mm，内径在0.2mm-0.8mm。优选的，步骤S3中的烃类有机物选自正己烷、正戊烷、环己烷或异构烷烃。优选的，步骤S4中，泵循环输送TMC溶液流过PVB多孔基膜的外侧表面的反应时间保持为3-10分钟；将TMC溶液置换成纯的正己烷的循环时间保持3-10分钟。优选的，步骤S5中，泵循环输送含PVAm及哌嗪的水溶液流过酰氯化的PVB多孔基膜的内、外侧两个表面的时间保持为3-10分钟。优选的，步骤S6中，泵循环输送TMC溶液流经氨基化的PVB多孔基膜的外侧表面进行界面反应的时间为0.5-3分钟；烘箱中控制烘干温度为80℃-100℃的，热处理时间为20-60分钟。优选的，步骤S7中，泵循环输送戊二醛水溶液对多孔基膜进行化学交联的交联时间为0.5-3分钟；将戊二醛水溶液置换成蒸馏水的循环时间为30-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于净水的纳滤膜，其特征在于：/n包括改性PVB多孔基膜及在改性PVB多孔基膜的单侧表面反应形成的聚酰胺超薄脱盐层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于净水的纳滤膜，其特征在于：
包括改性PVB多孔基膜及在改性PVB多孔基膜的单侧表面反应形成的聚酰胺超薄脱盐层。


2.根据权利要求1所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述PVB也即聚乙烯醇缩丁醛的分子量在2.5万至20万之间，其中，缩丁醛含量65-88wt％，醇羟基含量11-27wt％。


3.根据权利要求1所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述改性PVB多孔基膜是氨基化的PVB多孔基膜。


4.根据权利要求3所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述氨基化的PVB多孔基膜是PVB多孔基膜先经酰氯化得到酰氯化的PVB多孔基膜、再经过氨基化反应而得到。


5.根据权利要求4所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述酰氯化的PVB多孔基膜是通过均苯三甲酰氯与PVB的羟基反应而得到；
所述氨基化的PVB多孔基膜是通过酰氯化的PVB多孔基膜与聚乙烯胺及哌嗪分子中的氨基反应而得到。


6.根据权利要求3所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述的聚酰胺超薄脱盐层是在氨基化的PVB多孔基膜单侧表面与均苯三甲酰氯反应结合而形成。


7.根据权利要求6所述的用于净水的纳滤膜，其特征在于：
所述超薄脱盐层的厚度在20nm-400nm之间；和/或，
所述PVB多孔基膜未结合聚酰胺超薄脱盐层的一侧通过戊二醛水溶液进行交联处理。


8.一种如权利要求1-7任一项所述的用于净水的纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按PVB5-40wt％，溶剂50-85wt％，致孔剂1-20wt％配置PVB铸膜液，首先将致孔剂完全溶解于溶剂中，之后加入PVB，搅拌加热溶解形成完全溶解的铸膜液，静置脱泡待用，得到配制好的PVB铸膜液；
S2、将配制好的PVB铸膜液挤出纺制中空纤维初生态膜丝，控制初生态膜发生相转化，从液相固化成膜，再将膜丝缠绕在卷膜机上；
将膜丝置于水中进一步把膜内的溶剂及致孔剂完全溶出，之后，将PVB膜丝冷冻干燥，得到PVB多孔基膜；
S3、以质量百分数计，称取0.25-2％哌嗪、0.1-2％聚乙酰胺也即PVAm，其余为蒸馏水，首先将PVAm溶于水中，搅拌完全溶解，之后，加入哌嗪，完全溶解均匀后，制得含有水相单体的水溶液；
以质量百分数计，称取0.05％-0.2％均苯三甲酰氯即TMC、99.8％-99.95％的烃类有机溶剂，将均苯三甲酰氯和烃类有机溶剂混合制得含有油相单体的有机溶液；
S4、将PVB多孔基膜制作成中空纤维膜组件，常温下用泵循环输送S3中制备的TMC溶液，流过PVB多孔基膜的外侧表面，之后，将TMC溶液置换成纯的正己烷，用再用氮气吹扫干，获得酰氯化的PVB多孔基膜；
S5、常温下用泵循...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖通虎，郭恭兵，丁春宏，段飞，
申请(专利权)人：美蓝飘尔上海过滤设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31