本发明属于膜分离领域,具体涉及一种纳滤膜的制备方法及用途。
背景技术:
1、膜分离是指在分子水平上利用膜的选择性对料液中的不同组分实现分离、纯化、浓缩的过程。根据膜孔径的差别,可将膜分为微滤、超滤、纳滤和反渗透膜。其中,纳滤最早出现于1980年代,其定义为“介于反渗透和超滤之间的工艺,可有效去除直径1nm左右(分子量约200-1000da)的物质”。纳滤膜透水系数大,可有效去除多价离子而对单价离子的去除率较低,这些特征使得纳滤膜在水、废水处理、医药和生物工程,以及食品工程等领域具有广泛的应用前景。
2、市面上最常见的商品纳滤膜为薄膜复合有机纳滤膜,具有价格低廉、工艺成熟等优势。然而,膜污染;透水性-选择性限制,即膜透水系数的提高往往以牺牲截留率为前提;对特定种类的污染物,如硝酸盐和某些带正电或疏水性的有机污染物的截留率偏低;不耐化学药剂清洗等问题,限制了有机纳滤膜的使用。
3、与有机纳滤膜相比,陶瓷纳滤膜具有优良的热稳定性和化学稳定性,且消毒、再生、反洗均极为方便,已成为膜领域发展最迅速、最具有应用前景的膜之一。然而,陶瓷纳滤膜的制备技术难度较高,制备过程复杂,制备参数难以控制,导致其成品率低、单价高,目前多处于实验室或小规模应用阶段,且多用于处理印染、造纸、油砂工艺循环水等复杂废水,暂无陶瓷纳滤膜在饮用水深度处理领域相关的应用。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种有机-陶瓷复合疏松纳滤膜的制备方法及用途,制备得到的纳滤膜工作压力低、对离子和有机物具有一定的去除效果。
2、本发明第一个方面是提供了一种有机-陶瓷复合疏松纳滤膜的制备方法,其步骤包括:
3、提供陶瓷基膜、聚多巴胺(pda)、聚乙烯亚胺(pei)和含均苯三甲酰氯(tmc)的有机溶液;
4、将陶瓷基膜经超声和碱溶液浸泡处理后干燥,得到活化的陶瓷基膜;
5、pda与pei和缓冲溶液配置为沉积液,沉积液ph值为7.5-14;
6、将活化后的陶瓷基膜浸入所述沉积液中,得到已修饰的陶瓷基膜;
7、对已修饰的陶瓷基膜进行清洗、干燥处理,得到处理好的陶瓷基膜;
8、将处理好的陶瓷基膜与含tmc的有机溶液接触,进行界面缩聚反应,得到缩聚完成的陶瓷基膜;
9、将缩聚完成的陶瓷基膜风干与热处理,冷却后得到所述有机-陶瓷复合疏松纳滤膜。
10、在一种优选实施例中,所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钡溶液、氢氧化钙溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种。
11、在一种优选实施例中,所述沉积液的ph为7.5-14,优选为8-12,更优选为8.5-11,更优选为8.5,9,9.5,10,10.5,11中的一种。
12、在一种优选实施例中,所述含tmc的有机溶液的溶剂为芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类、卤化烃类、醇类、醚类、酯类、酮类、砜类中的一种或更多种。
13、优选地,所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、戊烷、正己烷、异构十二烷、异构十六烷、氯仿、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、石油醚、乙醚、二甲基亚砜、甲醇中的一种或更多种。
14、优选地,所述异构十二烷包括2-甲基十一烷、3-甲基十一烷、4-甲基十一烷、2,3-二甲基十一烷、2,4-二甲基十一烷、2,5-二甲基十一烷、2,6-二甲基十一烷、3,5-二甲基十一烷、3,6-二甲基十一烷、3,7-二甲基十一烷、4,6-二甲基十一烷和4,7-二甲基十一烷。
15、优选地,所述异构十六烷包括2-甲基十五烷、3-乙基十四烷。
16、在一种优选实施例中,所述含tmc的有机溶液中tmc的质量分数为0.1-20wt%,优选为1-15wt%,更优选为2-10wt%。
17、在一种优选实施例中,所述陶瓷基膜的材质为氧化铝、碳化硅、氧化钛、氧化硅和氧化锆中的一种或多种。
18、在一种优选实施例中,所述陶瓷基膜的孔径为20-400nm,优选为40-300nm,更优选为50-200nm。
19、在一种优选实施例中,所述超声的处理时间为0.2-8h,优选为0.5-6h,更优选为1-4h。
20、在一种优选实施例中,所述碱溶液的氢氧根浓度为0.1-15mol/l,优选为0.5-10mol/l,更优选为1-5mol/l。
21、在一种优选实施例中,所述陶瓷基膜在碱溶液的浸泡时间为1-48h,优选为2-24h,更优选为5-12h。
22、在一种优选实施例中,超声可以是在碱溶液浸泡过程中进行,即超声与碱溶液浸泡同时进行。
23、在一种优选实施例中,所述陶瓷基膜浸泡处理后干燥的温度为20-200℃,优选为50-140℃,更优选为80-110℃。
24、在一种优选实施例中,所述陶瓷基膜在浸泡处理后干燥的时间为0.5-12h,优选为1-8h,更优选为2-5h。
25、在一种优选实施例中,所述沉积液通过共沉积技术对活化的陶瓷基膜表面进行修饰。
26、在一种优选实施例中,所述沉积液的浓度配置为1-100mmol/l,优选为10-60mmol/l,更优选为20-50mmol/l。
27、在一种优选实施例中,所述沉积液中pda的浓度为0.5-40g/l,优选为1-30g/l,更优选为5-20g/l。
28、在一种优选实施例中,所述沉积液中,pda与pei的质量比为(0.1-2):1,优选为(0.5-1.5):1,更优选为(1-1.2):1。
29、在一种优选实施例中,所述沉积液中pei的分子量为400-20000da,优选为500-17000da,更优选为600-10000da。
30、在一种优选实施例中,所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(tri-hcl)缓冲液、磷酸盐缓冲液(pbs)、巴比妥缓冲液、乌洛托品缓冲液中的一种或更多种。
31、在一种优选实施例中,所述活化后的陶瓷基膜在修饰过程中,与沉积液的沉积时间为0.5-48h,优选为2-24h,更优选为4-12h。
32、在一种优选实施例中,所述清洗是用去离子水进行冲洗,优选为循环冲洗。
33、在一种优选实施例中,所述冲洗采用蠕动泵进行去离子水的循环,更优选地,蠕动泵转数为10-150rpm,优选为20-100rpm,更优选为30-80rpm。
34、在一种优选实施例中,所述循环冲洗时间为0.5-24h,优选为1-12h,更优选为2-8h。
35、在一种优选实施例中,所述循环冲洗后进行干燥处理,干燥温度为20-80℃,优选为30-70℃,更优选为40-60℃。
36、在一种优选实施例中,所述干燥处理的干燥时间为10-120min,优选为20-80min,更优选为30-60min。
37、在一种优选实施例中,所述处理好的陶瓷基膜与含tmc有机溶液的界面缩聚反应时间为5-60min,优选为20-50min,更优选为30-40min。
38、在一种优选实施例中,所述缩聚完成的陶瓷基膜,其热处理温度为20-120℃,优选为30-80℃,更优选为40-65℃。
39、在一种优选实施例中,所述缩聚完成的陶瓷基膜,其热处理时间为5-100min,优选为10-50min,更优选为20-30min。
40、本发明的第二个方面是提供了一种有机-陶瓷复合疏松纳滤膜的用途,其在饮用水的膜处理领域得到应用。
41、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
42、本发明基于pda辅助pei共沉积技术对陶瓷基膜进行修饰后,采用简单的聚合方式获得疏松多孔的有机-陶瓷复合疏松纳滤膜,在水处理领域有较大的应用前景。相比于传统的水处理方法,本发明工艺简单,大大降低生产成本;通过有机和无机材料相结合的方式,得到的有机-陶瓷复合疏松纳滤膜不仅具有较高的机械强度,还具有较大的水通量,提高水处理的效率;截留性能较佳,能够有效去除水中的杂质和有害物质,提供高质量的饮用水。
1.一种有机-陶瓷复合疏松纳滤膜的制备方法,其特征在于,步骤包括:
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述含均苯三甲酰氯的有机溶液中均苯三甲酰氯的质量分数为0.1-20wt%,优选为1-15wt%,更优选为2-10wt%。
3.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述超声处理时间为0.2-8h,优选为0.5-6h,更优选为1-4h。
4.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述碱溶液中氢氧根的浓度为0.1-15mol/l,优选为0.5-10mol/l,更优选为1-5mol/l;和/或
5.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述陶瓷基膜浸泡处理后的干燥温度为20-200℃,优选为50-140℃,更优选为80-110℃;和/或
6.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述沉积液的浓度配置为1-100mmol/l,优选为10-60mmol/l,更优选为20-50mmol/l;和/或,
7.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述沉积液中聚乙烯亚胺的分子量为400-20000da,优选为500-17000da,更优选为600-10000da。
8.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述活化后的陶瓷基膜在修饰过程中,与沉积液的沉积时间为0.5-48h,优选为2-24h,更优选为4-12h。
9.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,所述已处理好的陶瓷基膜与含均苯三甲酰氯的有机溶液的界面缩聚反应时间为5-60min,优选为20-50min,更优选为30-40min。
10.一种有机-陶瓷复合疏松纳滤膜的用途,基于权利要求1-9所述制备方法得到的纳滤膜,其特征在于,所述纳滤膜在饮用水的膜处理领域得到应用。