專利名稱：一種微濾或超濾膜再生劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種微濾或超濾膜再生劑及其制備方法，屬于微濾、超濾膜清洗再生劑領(lǐng)域。具體涉及利用由不含鈉離子的活性堿、水處理劑、以及鰲合劑為原料由穩(wěn)定化工藝制得的膜清洗再生劑，還涉及該微濾、超濾膜再生劑的制備方法。
背景技術(shù)：
在食品工業(yè)、石化工業(yè)、污水處理、鋼鐵行業(yè)中各種微濾、超濾膜應(yīng)用廣泛，主要在除雜，大分子物質(zhì)提取，脫鹽，脫色，有機(jī)物濃縮，油水分離等工藝步驟中應(yīng)用。微濾、超濾膜的再生工藝對于膜分離工藝步驟的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本有很重要的影響，其中再生劑性能是其重要的因素之一。
膜再生劑作為清潔膜表面、膜孔內(nèi)部以及溶解被截留物質(zhì)的化學(xué)溶液，對于恢復(fù)膜的有效通透面積，增加凈水通量具有重要作用。目前，最常用的膜再生劑如氫氧化鈉(NaOH)，由于黏附性較強(qiáng)，難于被水沖洗，殘留于膜表面，尤其是膜孔內(nèi)部的堿容易和截留物質(zhì)中的鈣鎂離子，以及水中的鈣鎂離子形成結(jié)構(gòu)緊密的晶體，造成膜通透面積和凈水通量的永久性下降，另外單一氫氧化鈉對于截留物質(zhì)的溶解，清洗能力有限，其再生效果并不理想，因此限制了其應(yīng)用范圍；常用的鰲合劑如乙二胺四乙酸(EDTA)，其鰲合能力顯著，但無法增加氫氧化鈉的過水能力，對于抑制膜孔內(nèi)鈣鎂晶體結(jié)構(gòu)的形成并無顯著效果，而且鰲合能力并不會(huì)由于堿度和溫度的增加而增加，應(yīng)用范圍受到限制。
一般的微濾、超濾膜在膜分離的過程中會(huì)在膜的一側(cè)形成截留物質(zhì)的濃差極化層，有的甚至部分進(jìn)入膜孔內(nèi)部，造成膜面積的下降以及凈水通透量的減少，這種膜面積的下降是暫時(shí)的，一般可以通過反沖，振動(dòng)，以及超聲波等物理手段進(jìn)行膜再生，以及添加含有氫氧化鈉或者磷酸溶液進(jìn)行循環(huán)溶解截留物等化學(xué)手段進(jìn)行再生。傳統(tǒng)的氫氧化鈉溶液再生后，由于氫氧化鈉比較不容易過水，尤其是孔徑比較微小的膜孔內(nèi)部，幾乎無沖刷機(jī)械力，因此造成氫氧化鈉在膜孔內(nèi)殘留。殘留在膜內(nèi)的堿結(jié)合截留物或者分離溶液、清洗配制用水中的鈣、鎂離子會(huì)形成鈣、鎂化合物晶體，這類晶體如果形成在膜孔內(nèi)部，會(huì)造成膜孔堵塞，且由于此類晶體與膜材料的結(jié)合非常緊密，除非特殊手段一般很難再生，這種膜面積的下降為永久性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微濾或超濾膜再生劑，用水配制成含有本產(chǎn)品0.5％～3.0％溶液，對受污染的微濾、超濾膜進(jìn)行清洗再生。本發(fā)明的目的是通過不含鈉離子活性堿(氫氧化鉀)的優(yōu)良過水能力、水處理劑(氨基三亞甲基膦酸)對大分子物質(zhì)的分散能力、在堿溶液中對有機(jī)物溶解能力的改善以及鰲合劑對于水中鈣鎂離子的鰲合能力共同作用實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供上述膜再生劑制備方法。這種微濾、超濾膜再生劑可以廣泛用于食品工業(yè)、石化工業(yè)、污水處理、鋼鐵行業(yè)中。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種微濾或超濾膜再生劑，由不含鈉離子的活性堿氫氧化鉀、水處理劑氨基三亞甲基膦酸、以及鰲合劑葡萄糖酸鉀和去離子水為原料由穩(wěn)定化工藝復(fù)配制得。以重量百分濃度計(jì)其中氫氧化鉀含量30％～45％，氨基三亞甲基膦酸含量6％～10％，葡萄糖酸鉀含量5％～15％，以去離子水補(bǔ)充至100％，20℃條件下該再生劑比重1.25～1.50g/ml，該再生劑用去離子水稀釋100倍后pH為12.5～14.0。
所述的微濾或超濾膜再生劑的制備方法，按照上述的組分配方，確定復(fù)配各組分的用量，采用以下步驟復(fù)配(1)在一定量的去離子水中首先加入葡萄糖酸鉀，攪拌使得葡萄糖酸鉀在水中完全溶解；(2)在上述葡萄糖酸鉀水溶液中加入不含鈉離子的活性堿氫氧化鉀，攪拌至少15分鐘；(3)在上述含有葡萄糖酸鉀、氫氧化鉀的水溶液中加入液體的氨基三亞甲基膦酸。
所述的微濾或超濾膜再生劑的應(yīng)用，用于食品工業(yè)、石化工業(yè)、污水處理、鋼鐵行業(yè)中，用水硬度以CaCO3計(jì)小于150ppm的水配制成含有本產(chǎn)品0.5％～3.0％的溶液作為再生劑，應(yīng)用于微濾或超濾膜再生后的凈水通量得到顯著提升，長期使用此再生劑，膜孔內(nèi)部由于鈣、鎂化合物晶體結(jié)構(gòu)造成的永久膜面積下降以及通量損失得到顯著抑制。
本發(fā)明的有益效果這種膜再生劑是不含鈉離子的活性堿(氫氧化鉀)、水處理劑(氨基三亞甲基膦酸)、以及鰲合劑(葡萄糖酸鉀)由穩(wěn)定化工藝制得，有優(yōu)良的微濾、超濾膜再生能力，明顯的易于過水性能，有機(jī)聚合物兼容性好，并在再生過程中具有顯著抑制鈣、鎂等晶體結(jié)構(gòu)形成的效果。不含鈉離子的活性堿其表面黏附性小，相對容易被水沖洗完全，尤其是在膜孔內(nèi)部等一些沖洗水量微小，且機(jī)械力較小的區(qū)域，其堿殘留量相對較小，對于抑制在膜孔內(nèi)鈣、鎂晶體結(jié)構(gòu)的形成有顯著作用。多聚磷酸鹽能夠明顯增加蛋白、油脂、多糖類高分子物質(zhì)在水中的分散能力，能夠加快截留物質(zhì)從膜表面去除的速度，加快膜再生的速度，改善膜再生的效果。另外，鰲合劑，尤其是鰲合能力隨溫度和堿度上升而上升的鰲合劑在膜再生過程中可以進(jìn)一步抑制膜孔內(nèi)鈣、鎂離子和殘留堿的結(jié)合，對于耐高溫高堿的膜材料在再生過程中形成的晶體可以進(jìn)一步抑制。本發(fā)明通過將不含鈉離子的活性堿、多聚磷酸鹽以及特殊鰲合劑復(fù)配制得的微濾、超濾膜再生劑應(yīng)用于膜的清洗再生，不僅膜再生時(shí)間縮短，膜再生效果改善，而且長期使用使得膜永久性通量下降的趨勢得到顯著抑制，從而延長了膜的使用壽命、降低了膜分離工藝的生產(chǎn)成本，增加了膜的生產(chǎn)效率，放寬了膜再生對水質(zhì)條件的要求。具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1、易于過水性能優(yōu)良，在膜表面或者膜孔內(nèi)部幾乎無殘留；2、長期使用，抑制微濾、超濾膜永久性通量下降能力顯著；3、膜再生效率高。


圖1抑制微濾、超濾膜永久性通量下降的趨勢圖。
圖2縮短微濾、超濾膜再生時(shí)間的趨勢圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取去離子水2500g，加入裝有攪拌器的容器中，室溫下均勻攪拌中加入600g葡萄糖酸鉀，持續(xù)混合15分鐘，確認(rèn)完全溶解后。隨后加入KOH 98％固體1500g，一定溫度25℃反應(yīng)一定時(shí)間2.0h。確認(rèn)完全溶解后，加入300g氨基三亞甲基膦酸，用補(bǔ)加去離子水控制總質(zhì)量約5000g，用活性堿調(diào)節(jié)1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品1。
用水硬度為50ppm(以CaCO3計(jì))的水將成品1稀釋40倍作為再生劑，對聚砜材質(zhì)超濾膜(截留分子量約100萬道爾頓)進(jìn)行加壓沖洗，每次清洗約1h，清洗溫度控制在50℃，后用水硬度為50ppm(以CaCO3計(jì))的水加壓沖洗約0.5h，沖洗溫度控制在50℃。重復(fù)上述再生過程100次后膜的凈水通量下降約2.7％。
用水硬度為50ppm(以CaCO3計(jì))的水將30％氫氧化鈉溶液稀釋40倍作為再生劑，對聚砜材質(zhì)超濾膜(截留分子量約100萬道爾頓)進(jìn)行加壓沖洗，每次清洗約1h，清洗溫度控制在50℃，后用水硬度為50ppm(以CaCO3計(jì))的水加壓沖洗約0.5h，，沖洗溫度控制在50℃。重復(fù)上述再生過程100次后膜的凈水通量下降約41.0％。抑制微濾、超濾膜永久性通量下降的趨勢見圖1。
從圖1中的數(shù)據(jù)可以看出，在溫度、時(shí)間、堿度、水硬度以及膜材料完全相同的情況下，進(jìn)行100次清洗再生后，用本發(fā)明再生的膜，永久性通量損失約3.0％，傳統(tǒng)堿再生的膜永久性通量損失達(dá)到40％。由于高溫堿和鈣鎂離子造成的通量損失幾乎無法再生。因此本發(fā)明對于延長膜壽命，抑制膜永久通量下降有顯著作用。
實(shí)施例2取去離子水2000g，加入裝有攪拌器的容器中，室溫下均勻攪拌中加入450g葡萄糖酸鉀，持續(xù)混合15分鐘，確認(rèn)完全溶解后。隨后加入KOH 98％固體1850g，32℃反應(yīng)1.0h。確認(rèn)完全溶解后，加入550g氨基三亞甲基膦酸，用補(bǔ)加去離子水控制總質(zhì)量約5000g，用活性堿調(diào)節(jié)1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品2。
用水硬度為20ppm(以CaCO3計(jì))的水將成品2稀釋40倍作為再生劑，對過濾蘆薈植物提取液約5h的陶瓷材質(zhì)超濾膜(截留分子量約50萬道爾頓)進(jìn)行加壓沖洗，再生前該膜凈水通量下降至設(shè)計(jì)通量的17％，清洗約2h，清洗溫度控制在70℃，后用用水硬度為20ppm(以CaCO3計(jì))的水加壓沖洗約0.5h，沖洗溫度控制在40℃。再生后膜的凈水通量恢復(fù)至設(shè)計(jì)通量的93.5％。
用水硬度為20ppm(以CaCO3計(jì))的水將39％氫氧化鈉溶液稀釋40倍作為再生劑，對過濾植物提取液約5h的陶瓷材質(zhì)超濾膜(截留分子量約50萬道爾頓)進(jìn)行加壓沖洗，再生前該膜凈水通量下降至設(shè)計(jì)通量的21％，清洗約2h，清洗溫度控制在70℃，后用用水硬度為20ppm(以CaCO3計(jì))的水加壓沖洗約0.5h，沖洗溫度控制在40℃。再生后膜的凈水通量恢復(fù)至設(shè)計(jì)通量的72.2％?；謴?fù)微濾、超濾膜暫時(shí)性通量下降的趨勢見表1。
表1恢復(fù)微濾、超濾膜暫時(shí)性通量下降的趨勢

從上述數(shù)據(jù)中可以看出，在溫度、時(shí)間、堿度、水硬度均相同的情況下，按照權(quán)利要求書1制備的再生劑再生的膜通量較傳統(tǒng)堿再生提高了約50％左右。說明本發(fā)明在再生過程中具有較強(qiáng)的截留物溶解、分散能力，再生效率較傳統(tǒng)堿再生高。
實(shí)施例3取去離子水1850g，加入裝有攪拌器的容器中，室溫下均勻攪拌中加入500g葡萄糖酸鉀，持續(xù)混合15分鐘，確認(rèn)完全溶解后。隨后加入KOH 98％固體2250g，一定溫度40℃反應(yīng)一定時(shí)間0.5h。確認(rèn)完全溶解后，加入400g氨基三亞甲基膦酸，用補(bǔ)加去離子水控制總質(zhì)量約5000g，用活性堿調(diào)節(jié)1％成品水溶液pH12.5～14.0，得到成品3。
用水硬度為140ppm(以CaCO3計(jì))的水將成品3稀釋40倍作為再生劑，對過濾氨基酸發(fā)酵液約8h的醋酸纖維材質(zhì)納濾膜進(jìn)行加壓沖洗，再生前該膜凈水通量下降至設(shè)計(jì)通量的25％，清洗溫度控制在45℃，溶液通透量達(dá)到設(shè)計(jì)通量的85％時(shí)所用的時(shí)間約110分鐘。
用水硬度為140ppm(以CaCO3計(jì))的水將45％氫氧化鈉溶液稀釋為2.0％的氫氧化鈉溶液作為再生劑，對過濾氨基酸發(fā)酵液約8h的醋酸纖維材質(zhì)納濾膜進(jìn)行加壓沖洗，再生前該膜凈水通量下降至設(shè)計(jì)通量的28％，清洗溫度控制在45℃，溶液通透量達(dá)到設(shè)計(jì)通量的85％時(shí)所用的時(shí)間約200分鐘。縮短微濾、超濾膜再生時(shí)間的趨勢見圖2。
從圖2可以看出，在溫度、時(shí)間、堿度、水硬度均相同的情況下，再生前納濾膜通量接近的情況下，本發(fā)明再生的膜通量達(dá)到設(shè)計(jì)通量的75％，時(shí)間約80分鐘，而傳統(tǒng)堿需約140分鐘；本發(fā)明再生的膜通量達(dá)到設(shè)計(jì)通量的85％時(shí)間約120分鐘，傳統(tǒng)堿需約180分鐘，說明本發(fā)明較傳統(tǒng)堿能提高再生效率，較少再生時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種微濾或超濾膜再生劑，由不含鈉離子的活性堿氫氧化鉀、水處理劑氨基三亞甲基膦酸、以及鰲合劑葡萄糖酸鉀和去離子水為原料由穩(wěn)定化工藝復(fù)配制得，以重量百分濃度計(jì)其中氫氧化鉀含量30％～45％，氨基三亞甲基膦酸含量6％～10％，葡萄糖酸鉀含量5％～15％，以去離子水補(bǔ)充至100％，20℃條件下該再生劑比重1.25～1.50g/ml，該再生劑用去離子水稀釋100倍后pH為12.5～14.0。
2.一種權(quán)利要求1所述的微濾或超濾膜再生劑的制備方法，其特征在于按照權(quán)利要求1的組分配方，確定復(fù)配各組分的用量，采用以下步驟復(fù)配(1)在一定量的去離子水中首先加入葡萄糖酸鉀，攪拌使得葡萄糖酸鉀在水中完全溶解；(2)在上述葡萄糖酸鉀水溶液中加入不含鈉離子的活性堿氫氧化鉀，攪拌至少15分鐘；(3)在上述含有葡萄糖酸鉀、氫氧化鉀的水溶液中加入液體的氨基三亞甲基膦酸。
3.一種權(quán)利要求1所述的微濾或超濾膜再生劑的應(yīng)用，其特征是用于食品工業(yè)、石化工業(yè)、污水處理、鋼鐵行業(yè)中，用水硬度以CaCO3計(jì)小于150ppm的水配制成含有本產(chǎn)品0.5％～3.0％的溶液作為再生劑，應(yīng)用于微濾或超濾膜再生后的凈水通量得到顯著提升，長期使用此再生劑，膜孔內(nèi)部由于鈣、鎂化合物晶體結(jié)構(gòu)造成的永久膜面積下降以及通量損失得到顯著抑制。
全文摘要
一種微濾或超濾膜再生劑及其制備方法，屬于微濾、超濾膜清洗再生劑領(lǐng)域。這種膜再生劑是不含鈉離子的活性堿、水處理劑、以及鰲合劑由穩(wěn)定化工藝制得，有優(yōu)良的微濾、超濾膜再生能力，明顯的易于過水性能，有機(jī)聚合物兼容性好，并在再生過程中具有顯著抑制鈣、鎂等晶體結(jié)構(gòu)形成的效果，同時(shí)膜再生工藝簡單，易于操作，膜材料、污垢以及水質(zhì)條件適用寬泛。這種微濾、超濾膜再生劑可以廣泛用于食品工業(yè)、石化工業(yè)、污水處理、鋼鐵行業(yè)中。
文檔編號(hào)B01D65/06GK101069817SQ200710023349
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者錢和, 廖海雁 申請人:江南大學(xué), 上?？肆稚侥峄び邢薰?br>