聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及過濾膜技術領域,更具體地,涉及一種聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]納濾膜以其操作壓力低、高價鹽截留率高、有機物截留率高,可以應用與某些物質(如單價鹽)的截留性能并沒有嚴格要求特定的場合,而備受親睞。
[0003]納濾技術與反滲透類似,以其高效、環(huán)保、安全、節(jié)能、易操作等優(yōu)點成為一種關鍵的凈水技術,被稱為“21世界的水處理技術”。它操作壓力更低,對水中物質截留具有一定的選擇透過性。復合膜是在多孔支撐層上再聚合一層超薄致密分離層,目前主要的也是最多的制備納濾膜方法是界面聚合,但是界面聚合對基膜有較高要求,對其他工藝條件如溫濕度,漂洗液及漂洗溫度等都有較高要求,另外反應極其快速,有效分離層的厚度不容易把控。
[0004]聚乙烯醇是一種應用廣泛的水溶性高分子材料,它具有較強的粘結性,較好的平滑性,耐磨性,較好的清水性,較強的耐溶劑性等。聚乙烯醇是一種理想的材料,污染小,成本低。直接涂敷聚乙烯醇在基膜上,它們之間分子鏈以物理吸附作用結合,在長期運行過程中,聚乙烯醇容易溶脹脫落而使膜失去性能。
[0005]聚乙烯醇在強酸催化條件下,在戊二醛水溶液中,可以聚合成為交聯(lián)的聚乙烯醇縮戊二醛大分子,使得聚乙烯醇不容易脫離,也使得分離層形成網(wǎng)絡交織結構而變得更加致密,改善截留率。針對微污染的地表淡水飲用水源,采用低脫鹽,高有機物截留的納濾膜是比較理想的處理手段。現(xiàn)有技術中有以聚砜為底膜,PVA作為分離層,采用三次涂覆PVA溶液的方法制備PVA復合納濾膜,該復合膜對PEG600有著很高的截留,由于復合多層導致膜水通量較低。2012年Sarah Pour jafar報道了聚醚砜底膜表面通過自組裝方法聚合納米二氧化鈦(nano-Ti02),制備得到高通量的無機改性的復合納濾膜通。但是,在膜表面通過化學鍵自組裝的方法聚合無機材料在實際應用中必然存在表面無機材料容易脫落的問題,影響了膜的使用壽命。
[0006]納濾是介于反滲透和超濾之間的一種低壓驅動膜,其對多價陰離子和分子量300以上的有機物有較高的截留率,而對含有多價鹽類的有機混合溶液分離效果較差,目前商業(yè)化的復合納濾一價離子截留率較低對二價離子截留率較高,無法達到有機物與鹽類分離目的。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一。
[0008]為此,本發(fā)明提出一種聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法,該方法工藝簡單,成本低廉,便于工業(yè)化生產。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法,包括以下步驟:S1、制備聚乙烯醇與無機納米微粒的混合水溶液;S2、提供二元醛,并將二元醛加水混合均勻,得到二元醛交聯(lián)劑溶液;S3、將所述步驟SI的混合水溶液和步驟S2的二元醛交聯(lián)劑溶液混合后涂覆在聚砜膜上,靜置得到復合膜;S4、將所述復合膜在預定溫度下放置預定時間,得到聚乙烯醇復合納濾膜。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法,該方法工藝簡單,成本低廉,便于工業(yè)化生產,并且通過該方法制得的聚乙烯醇復合納濾膜能截留分子量為400的有機物小分子物質,而一價和二價無機鹽則幾乎能全部通過,并且具有較高水通量,適用于被污染的天然湖泊水、印染行業(yè)廢水、地表淡水等對鹽類無需截留的領域。
[0011]另外,根據(jù)本發(fā)明上述實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法,還可以具有如下附加的技術特征:
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述步驟SI包括:S11、將聚乙烯醇加入水中,攪拌均勻并加熱溶解;S12、待所述步驟Sll得到的溶液冷卻后,向其中加入甘油并混合均勻;S13、向所述步驟S12得到的溶液中加入無機納米微粒和分散劑,并攪拌使其分散均勻,得到混合溶液;S14、用超聲儀對所述混合溶液進行超聲處理后,加入酸溶液,得到所述聚乙烯醇與無機納米微粒的混合水溶液。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述聚乙烯醇為選自PVA-GH-20、Selvol 540、Selvol523、Selvol 205、Selvol 125和Selvol 165中的至少一種,所述聚乙烯醇的濃度為0.5% _8%,所述聚乙烯醇的醇解度為85% -88%,分子量為7萬-8萬。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述甘油的濃度為5% -40%,所述無機納米微粒的濃度為0.01 % -1 %,所述分散劑的濃度為0.1 % -5%。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,在所述步驟S14中,超聲處理的時間為25-35min,所述酸溶液為鹽酸、硫酸和磷酸中的一種,所述酸溶液濃度為0.1 % -1 %。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,在所述步驟S3中,將所述混合水溶液和所述二元醛交聯(lián)劑溶液混合后,放入狹縫擠出涂布機的料液槽中,將潤濕過的聚砜膜在涂布機上,控制涂布機將所述混合水溶液和所述二元醛交聯(lián)劑的混合溶液均勻的涂敷在聚砜膜上并靜置l-3min,得到所述復合膜。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述預定溫度為80°C _120°C,預定時間為3-5min。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述二元醛為選自戊二醛、乙二醛和丙二醛中的至少一種,所述二元醛的濃度為0.5% -2%。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述聚砜膜的截留分子量在4萬-6萬之間。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述無機納米微粒包括納米金屬、ZIF、納米二氧化娃、納米二氧化鈦、納米銀或納米氧化招,所述無機納米微粒的粒徑在2-200nm之間,所述分散劑為選自乙醇、正丁醇、聚乙二醇、丙酮、聚氧乙醚、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯、聚氧烯基-單烷基醚、馬來酸酐和苯乙烯中的至少一種。
[0021]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本發(fā)明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用于解釋本發(fā)明,而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]下面結合附圖具體描述根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法。
[0026]如圖1所示,根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法包括以下步驟:
[0027]S1、制備聚乙烯醇與無機納米微粒的混合水溶液。
[0028]S2、提供二元醛,并將二元醛加水混合均勻,得到二元醛交聯(lián)劑溶液。
[0029]S3、將步驟SI的混合水溶液和步驟S2的二元醛交聯(lián)劑溶液混合后涂覆在聚砜膜上,靜置得到復合膜。
[0030]S4、將復合膜在預定溫度下放置預定時間,得到聚乙烯醇復合納濾膜。
[0031 ] 由此,根據(jù)本發(fā)明實施例的聚乙烯醇復合納濾膜的制備方法,該方法工藝簡單,成本低廉,便于工業(yè)化生產,并且通過該方法制得的聚乙烯醇復合納濾膜能截留分子量為400的有機物小分子物質,而一價和二價無機鹽則幾乎能全部通過,并且具有較高水通量,適用于被污染的天然湖泊水、印染行業(yè)廢水、地表淡水等對鹽類無需截留的領域。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,步驟SI包括:
[0033]S11、將聚乙烯醇加入水中,攪拌均勻并加熱溶解。
[0034]S12、待步驟Sll得到的溶液冷卻后,向其中加入甘油并混合均勻。
[0035]S13、向步驟S12得到的溶液中加入無機納米微粒和分散劑,并攪拌使其分散均勻,得到混合溶液。
[0036]S14、用超聲儀對混合溶液進行超聲處理后,加入酸溶液,得到聚乙烯醇與無機納米微粒的混合水溶液。
[0037]其中,聚乙烯醇為選自PVA-GH-20、Selvol 540、Selvol 523、Selvol 205、Selvol125和Selvol 165中的至少一種,聚乙烯醇的濃度為0.5 % _8 %,聚乙烯醇的醇解度為85% -88%,分子量為7萬-8萬。
[0038]優(yōu)選地,在本發(fā)明的一些【具體實施方式】中,甘油的濃度為5% -40%,無機納米微粒的濃度為0.01% _1%,分散劑的濃度為0.1% -5%。進一步地,在步驟S14中,超聲處理的時間為25-35min,酸溶液為鹽酸、硫酸和磷酸中的一種,酸溶液濃度為0.1% -1 %。
[0039]進一步地,無機納米微粒包括納米金屬有機骨架材料、ZIF、納米二氧化娃、納米銀或納米氧化鋁,無機納米微粒的粒徑在2-200nm之間,分散劑為選自乙醇、正丁醇、聚乙二醇、丙酮、聚氧乙醚、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯、聚氧烯基-單烷基醚、馬來酸酐和苯乙烯中的至少一種。
[0040]換言之,聚乙烯醇與無機納米微粒的混合水溶液的可以通過如下步驟制備而成:
[0041]首先,將聚乙烯醇在高速攪拌下加入至水中,使其分散均勻,開啟加熱使其完全溶解,待其冷卻后,加入5% -40%甘油,混合均勻后將0.01-1%納米微粒、0.1% -5%分散劑在高速攪拌下加入至其中,使其分散均勻,再用超聲儀器超聲混合溶液30min,然后加入0.1% -1 %的酸溶液,即可得到聚乙烯醇/納米微粒的混合溶液。
[0042]其中,聚乙烯醇為PVA-GH-20、Selvol 540、Selvol 523、Selvol 205、Selvol 125、Selvol 165中的一種或幾種,這些聚乙烯醇由日本積水公司提供。以水溶液的總質量計,聚乙烯醇的質量濃度為2% -8%。以上制備方法中聚乙烯醇的濃度在0.5% -8%之間,聚乙烯醇醇解度優(yōu)選為85% -88%,分子量為7萬-8萬。
[0043]無機納米顆