一種高荷電復(fù)合超濾膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高荷電復(fù)合超濾膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球范圍內(nèi)對(duì)水環(huán)境的日益重視以及人們對(duì)水質(zhì)要求的提高，傳統(tǒng)的絮凝和過(guò)濾的方法處理供給城市飲用水已經(jīng)不能滿足要求。膜分離技術(shù)作為一種高效分離技術(shù)，由于其具有分離系數(shù)大、無(wú)二次污染以及可在常溫下連續(xù)操作等明顯優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)普遍應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的復(fù)合超濾膜其分離孔徑大且膜表面多為電中性或弱電性，難以去除水中鹽分;且制膜的鑄膜液的組分多為成膜主體材料、溶劑和復(fù)配添加劑(成孔劑、表面活性劑以及增稠劑)等，體系相對(duì)復(fù)雜，在一定程度上影響鑄膜液的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種高荷電復(fù)合超濾膜及其制備方法，旨在優(yōu)化對(duì)膜組件的注膠和封裝工藝。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:
[0006]—種高荷電復(fù)合超濾膜，包括纖維支撐襯以及依次涂覆于所述纖維支撐襯上的基膜聚砜層和復(fù)合磺化聚砜層;其中:
[0007]膜的總壁厚為100?300μπι;
[0008]所述纖維支撐襯的厚度為總壁厚的60?90%；
[0009]所述基膜為聚砜層，所述聚砜層的厚度為總壁厚的10?20%，膜分離孔徑為0.01?0.5μπι；
[0010]所述復(fù)合膜為磺化聚砜層，所述磺化聚砜層的厚度為總壁厚的2?5%，截留分子量為600-6000Da;
[0011]三個(gè)膜層的鄰層之間在厚度方向有重疊。
[0012]在上述高荷電復(fù)合超濾膜中，所述纖維支撐襯是由纖維原材采用鉤編的方式形成，鉤編的孔徑為100?200μπι;或者
[0013]由纖維原材采用高編的方式形成，高編的孔徑為10?50μπι;
[0014]所述纖維支撐襯的孔隙率為30?80%。
[0015]—種高荷電復(fù)合超濾膜的制備方法，包括如下步驟:
[0016]S10、鑄膜液體系的配制:
[0017]將溶劑或者包含添加劑的溶劑攪拌使其充分混合后，將事先烘干的膜主體材料投入到混合溶液中攪拌溶解，形成包括基膜鑄膜液和復(fù)合膜鑄膜液在內(nèi)的不同的鑄膜液體系;其中:
[0018]基膜鑄膜液的膜主體材料為聚砜；
[0019]復(fù)合膜鑄膜液的膜主體材料為磺化聚砜；
[0020]S20、復(fù)合超濾膜的制備:
[0021 ]相轉(zhuǎn)化成包括基膜和復(fù)合層的膜;其中:
[0022]I)基膜的制備:
[0023]向基膜鑄膜液中打入氮?dú)?，?duì)其加壓打料，待料液的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)達(dá)標(biāo)后開(kāi)始進(jìn)行鑄膜操作;具體地:
[0024]關(guān)閉料液出口開(kāi)關(guān)，將料液管放入料液槽中，開(kāi)啟鑄膜機(jī)，待機(jī)器正常運(yùn)行后開(kāi)啟料液罐排料開(kāi)關(guān)，使用排料開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)料速度，將料液的液位穩(wěn)定在一定位置;在基膜出凝膠槽后需調(diào)整并測(cè)試其厚度，達(dá)標(biāo)后將基膜收卷；
[0025]2)復(fù)合膜的制備:
[0026]將配制好的復(fù)合膜鑄膜液冷卻到至25°C后，采用滾輪滾動(dòng)裝置以一定的滾輪壓力和滾動(dòng)速度將鑄膜液均勻涂覆在基膜表面，初步成型的膜體進(jìn)入到凝固浴水后固化形成復(fù)合膜;將復(fù)合膜用水進(jìn)行沖洗后通過(guò)后處理工藝處理后成型。
[0027]在上述高荷電復(fù)合超濾膜的制備方法中，所述基膜鑄膜液由以下組分均勻混合而成:
[0028]聚砜的固含量為15?30wt%，；
[0029]致孔劑的添加量為I?5wt%;
[0030]復(fù)配添加劑的添加量為I?3wt%;
[0031]余量為溶劑，所述溶劑為氮-氮二甲基甲酰胺(DMF)。
[0032]在上述高荷電復(fù)合超濾膜的制備方法中，所述致孔劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，所述復(fù)配添加劑由丙二醇和吐溫-80按照3:2的重量配比均勻混合而成。
[0033]在上述高荷電復(fù)合超濾膜的制備方法中，所述復(fù)合膜鑄膜液由以下組分均勻混合而成:
[0034]磺化聚砜的固含量15?30wt%，且其磺化度15%、25%或者40%;
[0035]余量為溶劑，所述溶劑為氮-氮二甲基乙酰胺(DMAc)。
[0036]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0037]本發(fā)明的超濾膜采用利用磺化聚砜本體材料的高荷電性和磺化聚砜材料易于形成相對(duì)均一小孔超濾膜的特點(diǎn)，通過(guò)在超濾基膜表面進(jìn)行復(fù)合改性，使超濾膜表面負(fù)載強(qiáng)電荷，通過(guò)磺化聚砜直接成膜減小了分離孔徑，進(jìn)而達(dá)到脫鹽目的；且包括基膜聚砜層和復(fù)合磺化聚砜層在內(nèi)的復(fù)合外層為高分子和溶劑二元體系，體系簡(jiǎn)單，易于分析，膜制備工藝也更易于控制。
【附圖說(shuō)明】
[0038]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0039]圖1為本發(fā)明一種高荷電復(fù)合超濾膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0041]如圖1所示的一種高荷電復(fù)合超濾膜，主要包括纖維支撐襯以及依次涂覆于所述纖維支撐襯上的基膜(聚砜層)和復(fù)合膜(磺化聚砜層)；其中:
[0042]膜的總壁厚為100?300μπι，纖維支撐襯的厚度為總壁厚的60?90%，而基膜的厚度為總壁厚的10?20%，膜分離孔徑為0.01?0.5μπι;復(fù)合膜的厚度為總壁厚的2?5%，截留分子量為600-6000Da。由于三個(gè)膜層的鄰層之間在厚度方向有重疊，所以膜的總厚度<三個(gè)膜層的厚度之和。
[0043]其中，纖維支撐襯是由玻璃纖維等纖維原材采用鉤編的方式形成，鉤編的孔徑為100?200μπι;或者由纖維原材采用高編的方式形成，高編的孔徑為10?50μπι;形成的纖維支撐襯的孔隙率為30?80 %。
[0044]本發(fā)明的高荷電復(fù)合超濾膜的制備方法包括如下步驟:
[0045]S10、鑄膜液體系的配制:
[0046]首先將溶劑和相應(yīng)的添加劑攪拌使其充分混合后，將事先烘干的聚砜/磺化聚砜顆粒(烘干溫度控制在80±2°C，干燥時(shí)間2h)投入到混合溶液中攪拌溶解，形成由聚砜、磺化聚砜、添加劑以及溶劑中的某幾種組分組成的包括基膜鑄膜液和復(fù)合膜鑄膜液在內(nèi)的不同鑄膜液體系，脫泡、過(guò)濾后備用；
[0047]基膜鑄膜液中，聚砜的固含量15?30wt%，作為致孔劑的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的添加量為I?5wt%，復(fù)配添加劑(丙二醇和吐溫-80按照3:2的重量配比均勻混合而成)的添加量為I?3wt%，余量為溶劑?；こ尚秃?，經(jīng)甘油保護(hù)風(fēng)干和自然風(fēng)干的后處理工藝之后，需使基膜表面有一定濕度；
[0048]復(fù)合膜鑄膜液中，磺化聚砜的固含量15?30wt%，且其磺化度可以為15 %、25 %和40%;余量為溶劑DMAc。
[0049]S20、復(fù)合超濾膜的制備:
[0050]相轉(zhuǎn)化成包括基膜和復(fù)合層的膜。其中:
[0051 ] I)平板超濾基膜的制備:
[0052]向脫好泡的基膜鑄膜液中打入氮?dú)猓瑢?duì)其加壓打料，通過(guò)放出的部分料液觀察料液中氣泡情況以及測(cè)試料液粘度、溫度，待料液的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)達(dá)標(biāo)(如溫度降至25°C)后開(kāi)始進(jìn)行鑄膜操作。具體地:
[0053]關(guān)閉料液出口開(kāi)關(guān)，將料液管放入料液槽中，開(kāi)啟鑄膜機(jī)，待機(jī)器正常運(yùn)行后開(kāi)啟料液罐排料開(kāi)關(guān)，觀察進(jìn)料速度及料液外觀，根據(jù)料液槽中料液的液位判斷進(jìn)料速度，使用排料開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)料速度，將料液的液位穩(wěn)定在一定位置;在基膜出凝膠槽后需調(diào)整并測(cè)試其厚度，將合格的基膜收卷后，清零鑄膜計(jì)數(shù)器。
[0054]2)復(fù)合膜的制備:
[0055]將配制好的復(fù)合膜鑄膜液冷卻至25°C后，分別倒在若干組甘油保護(hù)風(fēng)干的基膜表面，將鑄膜液均勻涂覆在基膜表面，初步成型的膜體經(jīng)一定的蒸發(fā)時(shí)間后進(jìn)入到凝固浴水，固化形成復(fù)合膜。蒸發(fā)時(shí)間可以為5、30或者60s，將復(fù)合膜用水進(jìn)行沖洗后，依次經(jīng)過(guò)泡在甘油以及自然風(fēng)干的后處理工藝。
[0056]具體的制備實(shí)施例如下:
[0057]實(shí)施例1:
[0058]I)鑄膜液(基膜鑄膜液)的配制:
[0059]將作為溶劑的15.5kg氮-氮二甲基甲酰胺(DMF)倒入攪拌釜中，加入0.2kg復(fù)配添加劑，再加入已烘干處理的3.3kg聚砜顆粒，最后加入Ikg PVP，在80°C的溫度條件下攪拌溶液。
[0060]即:聚砜的固含量為16.5wt %，PVP的固含量為5wt %，復(fù)配添加劑的添加量為Iwt%，其余為溶劑DMF，攪拌均勻后靜止脫泡。
[0061 ] 2)涂膜液(復(fù)合膜鑄膜液)的配制:
[0062]將作為溶劑的0.85kg氮-氮二甲基乙酰胺(DMAc)倒入攪拌釜中，加入0.15kg磺化聚砜(磺化度25% )，在80°C的溫度條件下攪拌溶液。
[0063]即磺化聚砜的固含量為15wt%，溶劑(DMAc)添加量為85wt%，攪拌均勻后靜止脫泡。
[0064]將鑄膜室的濕度控制在20?40%，溫度控制在15?25°C，在潔凈的鑄膜室環(huán)境內(nèi)進(jìn)行鑄膜，鑄膜的總厚度為125um(無(wú)紡布采用三木74，90um)，鑄膜速度為5?10m/min。將鑄膜液快速進(jìn)入溫度為5?16°C的純水中，并經(jīng)過(guò)不同溫度的純水清洗槽，得到基膜(聚砜層)。采用滾輪滾動(dòng)裝置將涂膜液滾動(dòng)涂覆至不同的基膜，即得到復(fù)合超濾膜。其中，滾輪滾動(dòng)速度為I?4m/s，滾動(dòng)壓力為200?1000N，凝固浴水前的蒸發(fā)時(shí)間為2?5s。直接將涂膜液在無(wú)紡布上進(jìn)行復(fù)合得到超濾膜BF-1;將涂膜液在30%的甘油水溶液中進(jìn)行保護(hù)后風(fēng)干，之后再與基膜進(jìn)行復(fù)合得到超濾膜BF-2;將涂膜液在濕態(tài)基膜陰干后復(fù)合得到超濾膜BF-3。
[0065]按照常規(guī)的膜性能評(píng)價(jià)方法，在壓力為0.41MPa、料液溫度為25°C的條件下；上述三種超濾膜的性能分別為:
[0066]BF-2膜的純水通量為142LMH，對(duì)200mg/L的硫酸鈉截留率為72.4%，對(duì)200π^/1的氯化鈉截留率為52.4%，對(duì)PEG800(相對(duì)分子量為800)的截留率為81.4%，表面zeta電位為-60mV;
[0067]BF-1膜的純水通量很小，分析原因主要為鑄膜液在無(wú)紡布深入厚度大；
[0068]BF-3膜中的復(fù)合膜與基膜的結(jié)合力較差，分析原因主要為基膜表面攜有一定量水分導(dǎo)致相轉(zhuǎn)化不均