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一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜及其制备方法技术

技术编号:25374227 阅读:67 留言:0更新日期:2020-08-25 22:39
本发明专利技术公开了一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜及其制备方法,该方法以聚砜支撑膜作为基膜,以间苯二胺为水相单体,以均苯三甲酰氯为有机相单体,以绿色溶剂碳酸二甲酯为有机相共溶剂,以正庚烷为有机相溶剂,采用界面聚合法制备得到反渗透膜。整个过程中,碳酸二甲酯作为共溶剂,增强了水相和有机相的相容性,从而会加快水相单体(间苯二胺)往有机相扩散的速率,从而使界面聚合反应会更加剧烈,从而导致反渗透膜表面粗糙度增大,进而使增大了反渗透膜分离层表面粗糙度,提高反渗透膜通量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜及其制备方法
本专利技术属于复合反渗透膜制备
,具体涉及一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜及其制备方法。
技术介绍
膜分离技术作为当代新型高效的化工分离技术,在解决水资源危机中发挥着重要作用(Y.Okamoto,J.H.Lienhard,HowROmembranepermeabilityandotherperformancefactorsaffectprocesscostandenergyuse:Areview,Desalination,2019,470:114064.)。反渗透膜是水处理过程所用分离膜的重要种类之一,目前已被广泛应用于海水/苦咸水脱盐、超纯水制备、废水处理、食品浓缩等领域。选择透过性能(通量、截留率)是反渗透膜的重要评价指标(K.P.Lee,T.C.Arnot,D.Mattia,Areviewofreverseosmosismembranematerialsfordesalination-developmenttodateandfuturepotential,JournalofMembraneScience,2011,370:1-22.)。在保证高截留率的前提下,提高通量对于提高反渗透膜过程效率、降低反渗透膜过程成本和扩大反渗透膜应用范围至关重要(D.Cohen-Tanugi,R.K.McGovern,S.H.Dave,J.H.Lienhard,J.C.Grossman,Quantifyingthepotentialofultra-permeablemembranesforwaterdesalination,Energy&EnvironmentalScience,2014,7:1134-1141.)。当前,运用最广泛的反渗透膜是经界面聚合制备的芳香聚酰胺薄层复合反渗透膜(简称为聚酰胺反渗透膜)。一般认为,分离层(即聚酰胺薄层)决定膜的分离性能,而且贡献绝大部分的传质阻力。因此,优化分离层结构一直是高选择透过性能聚酰胺反渗透膜研究领域的热点。由于分离层表面粗糙度越大,膜的有效渗透面积越大,从而膜通量越大,因此增大分离层表面粗糙度就成为了当前提高反渗透膜通量的有效方法。目前,在水相或者有机相中添加共溶剂是常用的分离层表面粗糙度增大方法。这种方法具有简单有效、成本低等优点。水相共溶剂(例如作为基膜良溶剂的二甲基亚砜)可能会对基膜表面孔结构造成破坏,从而损害反渗透膜截留率。有机相共溶剂则不存在这个问题,这是因为分离层形成速度非常快,阻碍了共溶剂与基膜接触(FregerV.,Nanoscaleheterogeneityofpolyamidemembranesformedbyinterfacialpolymerization,Langmuir,19(2003)4791–4797.)。因此,相对于水相共溶剂,有机相共溶剂更具优势。然而,目前所用的有机相共溶剂均为非绿色试剂,对环境会造成不良影响。当前最好的有机相共溶剂是乙酸乙酯(T.Kamada,T.Ohara,T.Shintani,T.Tsuru,Controlledsurfacemorphologyofpolyamidemembranesviatheadditionofco-solventforimprovedpermeateflux,JournalofMembraneScience,467(2014)303-312.)。然而,利用乙酸乙酯所制备的反渗透膜的通量不够高(低于3L·m-2·h-1·bar-1)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜及其制备方法;以解决现有技术中所用共溶剂污染大、不环保以及无法在保证高反渗透膜截留率的前提下得到高反渗透膜通量的问题。为达到上述目的,本专利技术采用以下技术方案予以实现:一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,包括以下步骤:步骤1,将聚砜支撑膜浸润于水相溶液中,制得含水相组分的支撑膜;所述水相溶液为间苯二胺、三乙胺、樟脑磺酸和去离子水的混合溶液;步骤2,将步骤1制得的含水相组分的支撑膜浸润在有机相溶液中,生成芳香聚酰胺复合反渗透膜;所述有机相溶液为碳酸二甲酯、均苯三甲酰氯和正庚烷溶液的混合溶液;碳酸二甲酯在正庚烷溶液中浓度为0.5~2.5wt%。本专利技术的进一步改进在于:优选的,步骤1中,聚砜支撑膜在水相溶液中的浸润时间为10~50s。优选的,步骤1的水相溶液中,间苯二胺在去离子水中的浓度为1.4~2.6wt%。优选的,步骤1的水相溶液中,三乙胺在去离子水中的浓度为0.4~1.8wt%。优选的,步骤1的水相溶液中,樟脑磺酸在去离子水中的浓度为2.0~3.2wt%。优选的,步骤2中,均苯三甲酰氯在正庚烷溶液中的浓度为0.04~0.20wt%%。优选的,步骤2中,含水相组分的支撑膜在有机相溶液中的浸润时间为10~50s。优选的,步骤2制得的芳香聚酰胺复合反渗透膜进行热处理。优选的,热处理温度为60~100℃,热处理时间为1~10min。一种通过上述任意一项制备方法制得的复合反渗透膜,所述复合反渗透膜为芳香聚酰胺复合反渗透膜,其通量≥3L·m-2·h-1·bar-1,截留率≥98.50%。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:本专利技术公开了一种基于碳酸二甲酯的反渗透膜制备方法,该方法以聚砜支撑膜作为基膜,以间苯二胺为水相单体,以均苯三甲酰氯为有机相单体,以绿色溶剂碳酸二甲酯为有机相共溶剂,以正庚烷为有机相溶剂,采用界面聚合法制备得到反渗透膜。该方法在制备过程中,首先将聚砜支撑膜浸润在水相溶液中,使得水相溶液中的间苯二胺和三乙胺吸附在基膜表面,然后将过程复合膜浸润在有机相溶液中,界面中附着的间苯二胺和水相中的均苯三甲酰氯反应,生成了芳香聚酰胺反渗透膜,整个过程中,碳酸二甲酯作为共溶剂,增强了水相和有机相的相容性,会加快水相单体(间苯二胺)往有机相扩散的速率,使界面聚合反应会更加剧烈,从而导致反渗透膜表面粗糙度增大,提高反渗透膜通量。但需要注意的是,如果水相和有机相的相容性过分增强,水相单体往有机相扩散的速率增加过大,会导致水相单体进入有机相更深的区域,使分离层厚度更大,无益于反渗透膜通量的提高,因此限制了共溶剂碳酸二甲酯的浓度。本专利技术选择碳酸二甲酯的一个原因是它是一种具有发展前景的“绿色”化工产品,比目前所用的有机相溶剂更安全和环保。另外,目前,就制备高选择透过性能反渗透膜而言,报道中最好的有机相共溶剂是乙酸乙酯。碳酸二甲酯在水中的溶解度(2.9g/100mL)比乙酸乙酯在水中溶解度(8.3g/100mL)小。换言之,相对于乙酸乙酯,碳酸二甲酯在使反渗透膜表面粗糙度增大的同时,不会过多地增大分离层厚度,从而更有利于反渗透膜通量的提高。进一步的,通过限制聚砜支撑膜在水相溶液中的浸润时间,保证支撑膜能够有足够的浸润时间,水相溶液中的物质能够充分的浸润在支撑膜表面。进一步的,通过限制间苯二胺的浓度,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1,将聚砜支撑膜浸润于水相溶液中,制得含水相组分的支撑膜;所述水相溶液为间苯二胺、三乙胺、樟脑磺酸和去离子水的混合溶液;/n步骤2,将步骤1制得的含水相组分的支撑膜浸润在有机相溶液中,生成芳香聚酰胺复合反渗透膜;所述有机相溶液为碳酸二甲酯、均苯三甲酰氯和正庚烷溶液的混合溶液;碳酸二甲酯在正庚烷溶液中浓度为0.5~2.5wt%。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将聚砜支撑膜浸润于水相溶液中,制得含水相组分的支撑膜;所述水相溶液为间苯二胺、三乙胺、樟脑磺酸和去离子水的混合溶液;
步骤2,将步骤1制得的含水相组分的支撑膜浸润在有机相溶液中,生成芳香聚酰胺复合反渗透膜;所述有机相溶液为碳酸二甲酯、均苯三甲酰氯和正庚烷溶液的混合溶液;碳酸二甲酯在正庚烷溶液中浓度为0.5~2.5wt%。


2.根据权利要求1所述的一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,其特征在于,步骤1中,聚砜支撑膜在水相溶液中的浸润时间为10~50s。


3.根据权利要求1所述的一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,其特征在于,步骤1的水相溶液中,间苯二胺在去离子水中的浓度为1.4~2.6wt%。


4.根据权利要求1所述的一种基于碳酸二甲酯的复合反渗透膜制备方法,其特征在于,步骤1的水相溶液中,三乙胺在去离子水中的浓度为0.4~1.8wt%。


5.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员:时孟琪马晓迅
申请(专利权)人:西北大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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