一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜及其制備方法技術(shù)方案

一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜及其制備方法，該節(jié)能型納濾膜由無(wú)紡布、聚砜支撐層、疏松聚酰胺分離層、致密正電荷薄層組成。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)對(duì)致密型納濾膜進(jìn)行適當(dāng)水解，可以增加納濾膜的截留分子量，在保證有機(jī)小分子高效截留的同時(shí)，對(duì)部分單價(jià)離子進(jìn)行選擇性透過(guò)，以滿足納濾膜在高鹽度進(jìn)水或高回收率時(shí)仍能具有較高的滲透通量，而無(wú)需通過(guò)額外增加運(yùn)行壓力實(shí)現(xiàn)；在疏松聚酰胺分離層表面通過(guò)靜電吸附?化學(xué)交聯(lián)沉積正電荷致密薄層，有利于提升納濾膜對(duì)水體中多價(jià)陽(yáng)離子（如鈣離子、鎂離子、重金屬等人體有害物質(zhì)）的截留，較大程度保障飲用水安全，同時(shí)靜電吸附技術(shù)能有效將沉積涂層厚度控制在一定范圍內(nèi)，盡可能避免滲透阻力的大幅度增加。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于水處理
，具體涉及一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜及其制備方法。
技術(shù)介紹
隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，水體中污染物濃度和種類(lèi)不斷增加，對(duì)飲用水安全構(gòu)成較為嚴(yán)重的威脅。目前，我國(guó)飲用水處理工藝大多采用常規(guī)處理工藝：混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒，該工藝處理的主要目標(biāo)污染物為懸浮物及細(xì)菌，但對(duì)病原微生物（如隱孢子蟲(chóng)及賈地鞭毛蟲(chóng)）不能可靠去除，雖然超微濾膜能有效去除病原微生物，已成為傳統(tǒng)工藝的理想替代工藝，但該工藝屬于固液分離，仍無(wú)法去除水溶性的有機(jī)物或無(wú)機(jī)離子。膜分離技術(shù)被譽(yù)為“21世紀(jì)的水處理技術(shù)”，是解決水資源短缺、水環(huán)境污染等問(wèn)題的重要手段，其中納濾為介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，早期曾被稱(chēng)為疏松型反滲透膜、致密型超濾膜等。通過(guò)電荷排斥效應(yīng)及孔徑篩分效應(yīng)，納濾膜能有效截留二價(jià)無(wú)機(jī)鹽離子、相對(duì)分子量為200 Da以上的有機(jī)物分子，部分截留單價(jià)無(wú)機(jī)鹽離子。利用納濾膜該特點(diǎn)對(duì)飲用水進(jìn)行深度處理，在有效去除細(xì)菌、病原微生物、三致物質(zhì)、消毒副產(chǎn)物及前驅(qū)物、內(nèi)分泌干擾物的同時(shí)，還能保留水體中對(duì)人體有益的礦物質(zhì)元素（如鉀離子、鈉離子等）。與反滲透相比，納濾具有操作壓力低、出水效率高、濃縮水排放少等優(yōu)點(diǎn)。高分子納濾膜材料主要包括芳香聚酰胺、醋酸纖維素以及磺化聚醚砜等，常見(jiàn)商業(yè)納濾膜的制備方法包括相轉(zhuǎn)化法、界面聚合法等。（1）相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法制備納濾膜的關(guān)鍵是選擇合適的膜材料、鑄膜液配方以及制膜工藝，其中鑄膜液配方包括聚合物濃度、溶劑、添加劑種類(lèi)及含量等，制膜工藝包括蒸發(fā)溫度及時(shí)間、相對(duì)濕度、凝膠浴組成和溫度以及凝膠時(shí)間、熱處理溫度及時(shí)間等。Boussu K等以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的聚醚砜溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在相轉(zhuǎn)化溫度為20℃，空氣相對(duì)濕度為35%的條件下制備的聚醚砜納濾膜的結(jié)構(gòu)及性能與現(xiàn)有商業(yè)納濾膜（如N30F、NTR7450、NFPES10）相近（Boussu K, Van del Bruggen, Volodin A, et al. Characterization of commercial nanofiltration membranes and comparison with self-made polyethersulfone membranes[J]. Desalination, 2006, 191: 245-253）。雖然相轉(zhuǎn)化法制備納濾膜相對(duì)簡(jiǎn)單，但是制備的納濾膜滲透通量較低，且分離精度較差。（2）界面聚合法界面聚合法是目前應(yīng)用最多、最有效的納濾膜制備方法，已經(jīng)成為生產(chǎn)商業(yè)納濾膜的主流方法。該方法利用兩種反應(yīng)活性很高的單體，在2個(gè)互不相容的溶劑界面處發(fā)生聚合反應(yīng)，從而在多孔支撐層上形成一層很薄的致密層。界面聚合法與相轉(zhuǎn)化法相比，具有更高的自由度，可以針對(duì)活性層和支撐層各自需要促進(jìn)的性能分別進(jìn)行優(yōu)化，制備的納濾膜具有較高的滲透通量及截留性能。目前界面聚合制備納濾膜時(shí)，有機(jī)相單體主要選用均苯三甲酰氯，而水相單體則可以選用間苯二胺或哌嗪。間苯二胺制備而成的納濾膜分離層較為致密，截留分子量為150 Da左右，對(duì)單價(jià)離子的脫除率一般在95%以上，能有效脫除飲用水水源中的無(wú)機(jī)鹽，但產(chǎn)水量相對(duì)較下，尤其在高鹽度或高回收率時(shí)，需要較高的驅(qū)動(dòng)力才能滿足產(chǎn)水量要求；而哌嗪制備而成的納濾膜分離層較為疏松，截留分子量為300 Da左右，對(duì)單價(jià)離子的脫除率一般為40~60%，產(chǎn)水量較大，但對(duì)分子量在200 Da左右的農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物等有機(jī)小分子不能有效去除，無(wú)法保障飲用水安全。因此，制備一種能同時(shí)滿足高產(chǎn)水量且高有機(jī)小分子脫除率的新型納濾膜，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義及社會(huì)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜及其制備方法，通過(guò)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案，一方面，對(duì)致密型納濾膜進(jìn)行適當(dāng)水解，可以增加納濾膜的截留分子量，在保證有機(jī)小分子高效截留的同時(shí)，對(duì)部分單價(jià)離子進(jìn)行選擇性透過(guò)，以滿足納濾膜在高鹽度進(jìn)水或高回收率時(shí)仍能具有較高的滲透通量，而無(wú)需通過(guò)額外增加運(yùn)行壓力實(shí)現(xiàn)；另一方面，在疏松聚酰胺分離層表面通過(guò)靜電吸附-化學(xué)交聯(lián)沉積正電荷致密薄層，有利于提升納濾膜對(duì)水體中多價(jià)陽(yáng)離子（如鈣離子、鎂離子、重金屬等人體有害物質(zhì)）的截留，較大程度保障飲用水安全，同時(shí)靜電吸附技術(shù)能有效將沉積涂層厚度控制在一定范圍內(nèi)，盡可能避免滲透阻力的大幅度增加。為達(dá)到上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜：包括無(wú)紡布、聚砜支撐層、疏松聚酰胺分離層、致密正電荷薄層，所述的疏松聚酰胺分離層是由致密型納濾膜通過(guò)堿性溶液水解而成，所述的致密正電荷薄層是由含氨基的高分子材料通過(guò)交聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的方式在膜表面形成的。所述的堿性溶液為NaOH、KOH、氨水中的一種或多種溶于純水配制而成。所述的堿性溶液質(zhì)量濃度為0.01%~1.0%。所述的含氨基高分子材料為聚乙烯亞胺、殼聚糖中的一種或多種。所述的交聯(lián)劑為甲醛、乙二醛、戊二醛中的一種或多種。一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜的制備方法，其步驟如下：首先將間苯二胺、均苯三甲酰氯制備而成的致密型納濾膜在堿性溶液中進(jìn)行適當(dāng)水解，增加納濾膜的產(chǎn)水量；而后通過(guò)靜電吸附、化學(xué)交聯(lián)的方式將含氨基的高分子材料以化學(xué)鍵的方式固定在納濾膜表面，形成致密的正電荷薄層。與現(xiàn)有技術(shù)相比本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果為：本專(zhuān)利技術(shù)利用芳香聚酰胺分子在堿性溶液中易于水解的特點(diǎn)，首先將致密型納濾膜在堿性條件下適當(dāng)水解形成疏松聚酰胺分離層，而后利用靜電吸附及化學(xué)交聯(lián)的方式，在疏松聚酰胺分離層表面引入含氨基高分子材料，形成致密的正電荷薄層。一方面，對(duì)致密型納濾膜進(jìn)行適當(dāng)水解，可以增加納濾膜的截留分子量，在保證有機(jī)小分子高效截留的同時(shí)，對(duì)部分單價(jià)離子進(jìn)行選擇性透過(guò)，以滿足納濾膜在高鹽度進(jìn)水或高回收率時(shí)仍能具有較高的滲透通量，而無(wú)需通過(guò)額外增加運(yùn)行壓力實(shí)現(xiàn)；另一方面，在疏松聚酰胺分離層表面通過(guò)靜電吸附-化學(xué)交聯(lián)沉積正電荷致密薄層，有利于提升納濾膜對(duì)水體中多價(jià)陽(yáng)離子（如鈣離子、鎂離子、重金屬等人體有害物質(zhì)）的截留，較大程度保障飲用水安全，同時(shí)靜電吸附技術(shù)能有效將沉積涂層厚度控制在一定范圍內(nèi)，盡可能避免滲透阻力的大幅度增加。具體實(shí)施方式下面對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施作具體說(shuō)明；一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜：包括無(wú)紡布、聚砜支撐層、疏松聚酰胺分離層、致密正電荷薄層，所述的疏松聚酰胺分離層是由致密型納濾膜通過(guò)堿性溶液水解而成，所述的致密正電荷薄層是由含氨基的高分子材料通過(guò)交聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的方式在膜表面形成的。所述的堿性溶液為NaOH、KOH、氨水中的一種或多種溶于純水配制而成。所述的堿性溶液質(zhì)量濃度為0.01%~1.0%。所述的含氨基高分子材料為聚乙烯亞胺、殼聚糖中的一種或多種。所述的交聯(lián)劑為甲醛、乙二醛、戊二醛中的一種或多種。一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜的制備方法，其步驟如下：首先將間苯二胺、均苯三甲酰氯制備而成的致密型納濾膜在堿性溶液中進(jìn)行適當(dāng)水解，增加納濾膜的產(chǎn)水量；而后通過(guò)靜電吸附、化學(xué)交聯(lián)的方式將含氨基的高分子材料以化學(xué)鍵的方式固定在納濾膜表面，形成致密的正電荷薄層。比較例1按常規(guī)方法制備有無(wú)紡布層、聚砜支撐層及聚酰胺層的致密型納濾膜。首先將由無(wú)紡布、聚砜支撐層本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜，其特征在于：包括無(wú)紡布、聚砜支撐層、疏松聚酰胺分離層、致密正電荷薄層，所述的疏松聚酰胺分離層是由致密型納濾膜通過(guò)堿性溶液水解而成，所述的致密正電荷薄層是由含氨基的高分子材料通過(guò)交聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的方式在膜表面形成的。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜，其特征在于：包括無(wú)紡布、聚砜支撐層、疏松聚酰胺分離層、致密正電荷薄層，所述的疏松聚酰胺分離層是由致密型納濾膜通過(guò)堿性溶液水解而成，所述的致密正電荷薄層是由含氨基的高分子材料通過(guò)交聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的方式在膜表面形成的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜，其特征在于：所述的堿性溶液為NaOH、KOH、氨水中的一種或多種溶于純水配制而成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于凈水系統(tǒng)的節(jié)能型納濾膜，其特征在于：所述的堿性溶液質(zhì)量濃度為0.01%~1.0%。4.根...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙經(jīng)緯，謝柏明，呂振華，王炎鋒，劉飛，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：杭州易膜環(huán)?？萍加邢薰?/a>，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33