一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层及其制备方法，包括溶液制备、浸涂过程以及后续的热处理过程。参数指标包括：溶液浓度0~2.0%，涂覆时间0~40s,处理温度80~140℃，热处理时间0~120s。抗污染性能稳定持久，抗污染性能（通量衰减）较传统PVA涂层膜片提升了10%。层膜片提升了10%。

【技术实现步骤摘要】
一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层及其制备方法


[0001]本专利专利技术属于反渗透膜
，具体涉及一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]反渗透技术是以压力差为推动力，从水溶液中分离出水的高端水处理技术，是当今最先进、且有效节能的分离技术之一，已被广泛应用于海水淡化、废水资源化、饮用水净化等多个领域。反渗透膜技术在饮用水、海水淡化、工业废水处理及回用领域得到广泛应用，并取得了显著的社会和经济效益。反渗透膜性能主要包括三个性能指标：水通量、脱盐率、稳定性。高通量可降低系统投资和运行成本，高脱盐率可提高产水水质，稳定性指膜使用过程中产水量和产水水质稳定，也是衡量反渗透膜系统运行经济性的重要指标。影响膜性能稳定性的因素很多，如进水条件、操作条件、膜污染等，其中膜污染影响更难控制。目前反渗透膜技术面临的最大挑战就是原水中的多种污染物对分离膜的污染问题，导致反渗透膜透水率的降低和使用周期的缩短。膜污染一般表现为系统运行一段时间后，膜通量下降，产水水质变差。膜污染包括有机物污染、无机物污染和生物污染。发生膜污染后，需区分膜污染类型，进行冲洗或酸洗、碱洗，这些过程在恢复膜通量和脱盐率的同时会缩短膜的使用寿命。目前处理膜污染问题的方法主要有优化预处理工艺和选用抗污染反渗透膜。其中制备抗污染反渗透膜的方法主要包括改善膜表面光滑性、亲水性及选用合适的膜表面电性来实现。
[0003]目前最简单常见的提高抗污染性的方法是通过在反渗透膜表面涂覆一层亲水性聚合物，通过增加反渗透膜的表面亲水性来提升膜的抗污染性能。这种方法操作简单，既能提高膜表面的亲水性，同时改善膜表面的光滑性，提升了反渗透膜的抗污染性能，降低其清洗频率和运行成本，成为产业化抗污染反渗透膜最主要的制备方法。综合经济及材料特性等因素，聚乙烯醇成为首选的亲水性聚合物材料。如CN102363113A涂覆环氧与聚醚多元醇的混合物， CN1213985A、CN101130444A等在脱盐层表面涂覆一层聚乙烯醇等。虽然相较于聚乙烯吡咯烷酮、低分子量的聚乙二醇等，聚乙烯醇常温下的水溶性稍弱些，但在反渗透高压运行过程中，随着反渗透膜工作环境温度的升高，膜表面涂敷的聚乙烯醇依然存在缓慢流失的隐患。因此，如何加固表面涂层与芳香聚酰胺膜间粘结力成为发展的方向之一。现有技术常用戊二醛等进行交联反应，但这种方法对反渗透膜的渗透通量影响比较明显。但大多由于所涂覆的聚合物交联程度低以及涂层与复合膜表面结合力低，致使复合膜的亲水层和脱盐层的结合强度低，亲水层容易脱落，影响亲水改性效果。因此，研究一种工艺相对简单、亲水改性效果稳定，本领域需要一种与反渗透膜结合牢固、抗污染性能优异、通量高和脱盐率高的抗污染反渗透膜涂层及其制备方法。
[0004]反渗透膜的表面特性(如粗糙度、亲水性、电荷等)对膜的通量、截留率和抗污染性能等具有重大影响，一般来说，表面光滑、亲水，电中性的膜具有良好的抗污染性能。因此，
新型抗污染膜与传统的反渗透膜相比，需要在三个方面有所改进：膜表面粗糙度、膜材质的亲水性和膜表面电性。本专利技术目的在于为基于现有的商业化反渗透膜，通过季铵基改性的方法提高反渗透膜的抗污染特性，改善其对污染物的耐受能力，以减缓高污染水质条件下膜通量的衰减程度，同时提高清洗后抗污染涂层的稳定性，达到稳定持久的抗污染性能，以提高客户端膜的使用寿命和性能稳定性。

技术实现思路

[0005]通过在聚酰胺膜表面涂覆一层亲水性聚合物以改善膜表面的粗糙度和亲水性，从而提高膜的抗污染性能。此项目采用季铵基改性聚乙烯醇作为改性涂层的方法。季铵基增加了涂层与聚酰胺底模之间的结合力和粘结性能，在经过热处理后使改性涂层不易于脱落。
[0006]季铵基改性PVAPVA抗污染涂层的涂覆方法包括溶液制备、浸涂过程以及后续的热处理过程。参数指标包括：溶液浓度0～6.0％，优选0.5～1.5％、涂覆时间0～180s，优选 30～90s、热处理温度80～140℃，优选80～120℃、热处理时间0～10min，优选 1～5min。
[0007]首先称取适量的季铵基改性PVA(可乐丽厂家提供)粉末和适量的蒸馏水，按照需要的浓度比例加入密封试剂瓶内，将试剂瓶放在磁力加热搅拌器上进行加热搅拌(80～100℃)，待季铵基改性PVA完全溶解后得到所需的季铵基改性PVA涂覆液。
[0008]选取底膜膜片样品时，将底膜膜片侧面边缘2厘米以外去掉，剪成方形，大小以覆盖涂覆模具大小为宜。涂覆模具为带紧固装置的钢圈，把外圈螺丝松开，将小圈放在下面，把底膜膜片平放在小圈上，再将大圈放在底膜膜片上，把膜片绷平、拉紧，拧紧螺丝，用剪刀减掉多余的底膜边缘。
[0009]将300毫升准备好的涂覆液沿着不锈钢盘边缘缓慢倒入不锈钢方盘内，在倒入的
同时避免气泡的产生，同时设置秒表为0，把提前准备好的底膜膜片轻轻地平放在涂覆溶液上面并开始秒表计时(底膜膜片表面接触涂覆溶液)，秒表等到计划的涂覆时间时，迅速将底膜膜片拿出并竖直放置，以便涂覆溶液能够沿着竖直的方向流下来。
[0010]将以上涂覆好的底膜膜片放入已经设置好温度的电热鼓风干燥箱进行热处理，整个过程按照计划的热处理时间进行计时，到达时间后将热处理好的底膜膜片拿出来，用剪刀剪成要测试的膜片尺寸，放进纯水里或冰箱里冷藏保存。
[0011]反渗透膜渗透性能测试条件：25℃、2000ppm NaCl水溶液、 1.55MPa下预压30min测得反渗透膜通量F1和脱盐率R1；通量(F)：在一定操作条件下，单位时间(t)内透过有效膜面积(S)的水的体积(V)，其单位为L/(m2 *h)，具体计算公式如下：脱盐率(R)：在一定操作条件下，进料液溶质浓度(Cf)与渗透液中溶质浓度(C
p
) 之差与进料液溶质浓度的比值。具体计算公式如下：通过错流渗透实验对反渗透膜的水通量和脱盐率进行测试，测试液为1000ppm 的氯化钠水溶液，操作压力为225psi，操作温度为25℃。
[0012]反渗透膜抗污染性能测试：25℃，原料液为不同浓度BSA溶液、 2000ppm NaCl，1.55MPa下运行48h后，测得反渗透膜的通量F2；用纯水低压冲洗30min，然后在25℃、2000ppm NaCl水溶液、1.55MPa下预压30min 测试清洗后的渗透通量F3，计算反渗透膜污染后通量衰减率(单位％)和清洗后通量恢复率(单位％)：通量衰减率＝(1
‑
F2/F1)*100；通量恢复率＝F3/F1*100。
[0013]本专利专利技术了一种新型抗污染反渗透膜片改性涂层方法，通过季铵基改性聚乙烯醇以增加涂层的亲水性，光滑度以及季铵基改性聚乙烯醇涂层和聚酰胺底模间的结合力，以减缓高污染水质条件下膜通量的衰减程度，同时提高清洗后抗污染涂层的稳定性，达到稳定持久的抗污染性能，抗污染性能(通量衰减)较传统PVA涂层膜片提升了10％。
附图说明
图1、拓邦膜片表面形貌：污染前；图2、拓邦膜片表面形貌：碱洗后；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层的制备方法，包含以下步骤：（一）称取适量的季铵基改性PVA粉末和蒸馏水，按比例加入密封试剂瓶内，将试剂瓶放在磁力加热搅拌器搅拌，加热温度为80~100℃，待季铵基改性PVA完全溶解后得到季铵基改性PVA涂覆液；（二）将底膜膜片固定在涂覆模具上，涂覆模具为带紧固装置的钢圈；（三）将（一）所得的涂覆液倒入不锈钢方盘内，同时将（二）所得的底膜膜片平放在涂覆溶液上并开始计算涂覆时间，将涂覆好的膜片取出并竖直放置；（四）将（三）所得的涂覆好的膜片放入电热鼓风干燥箱进行热处理，在规定的热处理温度条件下 ，达到规定的热处理时间，取出后即得到一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层。2.根据权利要求1所述的一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层的制备方法，其特征在于，所述的季铵基改性PVA为可乐丽厂家提供。3.根据权利要求1所述的一种新型季铵基改性聚乙烯醇抗污染反渗透膜涂层的制备方法，其特征在于，所述的季铵基改性PVA涂覆液溶液浓度0~6.0%...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双武，陈晓敏，黄瑞杰，宋玉兴，周慧君，
申请(专利权)人：中广核俊尔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：