一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜及其制備方法。所述的納濾膜依次由厚度10μm～70μm無紡布支撐體底層、厚度10μm～30μm聚合物支撐中間層與厚度30nm～100nm致密分離層表層組成。本發明專利技術納濾膜在超低壓條件下仍具有超高通量和高硬度去除率，能夠根據環境變化實現結構性能響應而改變產水量和水質，從而滿足用戶對產水量和產水水質的需求。本發明專利技術制得的納濾膜可以更大程度地滿足家用凈水用膜需求，具有非常良好的應用前景。

Nanofiltration membrane for integral intelligent water tap and preparation method thereof

The invention relates to a nanofiltration membrane used for an integral intelligent water purifying faucet and a preparation method thereof. The nanofiltration membrane is sequentially composed of a thickness of 10 m to 70 mu m, a non-woven fabric support body, a bottom layer, a thickness of 10 mu m to 30 mu m, a polymer support intermediate layer and a surface layer of a dense 30nm to 100nm dense separation layer. The present invention nanofiltration membrane in ultra low pressure conditions with ultra high throughput and high removal rate of hardness, can according to the change of the environment to achieve structural performance response change production quantity and quality, so as to meet the needs of the user and the water quality of the water production. The nanofiltration membrane prepared by the invention can satisfy the membrane demand of household water purification to a great extent, and has a very good application prospect.

【技術實現步驟摘要】
一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜及其制備方法
本專利技術屬于飲用水設備
更具體地，本專利技術涉及一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜，還涉及所述納濾膜的制備方法。
技術介紹
高通量納濾膜一直是研究熱點，尤其是在不損失截留率的條件下如何提高納濾膜通量已成為一個重要熱點。目前，解決這個問題主要手段是改變配方體系，然而，通常會伴隨產生一些負面效果，例如不能有效擴大分子或離子截留率范圍，還會造成抗污染或抗氯性能下降，成本增加等。目前市場上銷售的納濾凈水機使用的納濾膜通量不高，但由于凈水機尺寸大，納濾濾芯裝填體積也大，并且采用增壓泵增壓，所以產水量還能夠滿足用戶需求。然而，目前凈水龍頭濾芯多為微濾級別，自來水不能深層次凈化，加之凈水龍頭尺寸限制，現有納濾濾芯產水量遠不能滿足用戶需求。納濾膜是介于超濾和反滲透之間的新型膜分離膜，使用納濾膜的操作壓力是0.2～1.0MPa，納濾膜的截留分子量是200～2000。與超濾膜、反滲透膜膜分離技術相比，納濾膜在較低操作壓力下仍具有高水通量和高截留率，二價無機離子和低分子量有機分子尤其如此，其截留率高于90％。因此，納濾膜逐漸廣泛地應用于水處理、醫藥、食品和生物等
另外，納濾膜在低壓下的通量往往較低，而如果通量合適時，其分子截留又會較低，于是運行成本會偏高。此外，常規納濾膜不具備環境響應的智能性。納濾膜制備方法通常有相轉化法、稀溶液涂層法、界面聚合法、熱誘導相轉化法和化學改性法等。界面聚合法制備高通量聚酰胺納濾膜，通常在反應體系中加入各種添加劑，通過在界面聚合反應中影響交聯度或厚度等，從而增加聚酰胺脫鹽層的疏松度，提高膜的透水量。例如在制備高通量納濾膜的過程中，在水相中添加無機納米粒子使得膜有效面積增加，從而達到通量提升；或者在油相中添加具有與聚酰胺溶解度參數比較接近的非質子性溶劑(如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等)，以控制酰氯水解程度，從而增加脫鹽層疏松度；或者在后處理工藝中采用化學表面改性方式(如永酸類、醇類或者?；撬徕c進行表面改性)提升其通量。但是，這種處理方式提升通量幅度有限，同時，由于引入其它小分子化合物而引起的副反應，導致生成的脫鹽層較疏松，這樣使得膜分子截留下降明顯，因此帶來膜性能提升效果并不顯著。相轉化法和稀溶液涂層法制備高通量納濾膜時，一直集中研究通過減小致密分離層厚度，降低跨膜阻力以實現高通量的方法?；腔垌款惥酆衔锞哂休^好的成膜能力，且通過控制相轉化過程可制備納濾或反滲透膜，但是由于所形成的致密分離層厚度較厚(通常大于1μm)，通量并沒有大幅度提高，甚至往往低于聚酰胺納濾膜的通量。在支撐底膜上涂覆交聯涂層也可制備納濾膜，如聚乙烯醇交聯涂層和氧化石墨烯交聯涂層，但是均不能有效控制交聯涂層厚度，納濾膜通量并不高。CN201510888071公開了一種具有溫度響應功能的智能控制膜孔收縮的微孔膜的制備方法，利用側鏈具有結晶性能的梳狀聚合物通過浸沒沉淀相分離的方法得到具有溫度響應性的復合微孔膜。梳狀聚合物側鏈結晶導致大分子間自由體積增大，使得膜孔變大。當溫度高于側鏈結晶溫度時，梳狀聚合物處于無序狀態，大分子間自由體積減小，使得膜孔閉合，該方法利用梳狀聚合物的結晶與熔融調節膜孔的變化。CN103418255B公開了一種溫度響應型超濾膜及其制備方法，溫度響應型雙親水性聚合物賦予超濾膜對環境溫度變化產生響應的功能，可通過溫度的改變使膜的結構及特性發生可逆的變化，從而改變膜的分離特性如通量及抗污染特性。超濾膜可以通過進料液體溫變的循環刺激過程，使雙親水性聚合物的疏水鏈在周期性溫變時發生往復伸縮運動，形成自動排斥膜表面污染物的環境響應特性，促使膜產生響應，表面形態自動重新調整、組裝。這種膜表面鏈段不斷進行的伸展-卷縮運動，最終使膜表面形成對污染物的自潔效應。但是目前智能響應膜僅限于微濾和超濾，并未見有智能響應型納濾膜。CN201510099468公開了一種能檢測水質并凈水的智能水龍頭，然而該文獻并沒有解釋如何在龍頭管路內設置凈水裝置以及設置何種凈水裝置，受限于龍頭管路的尺寸，該文獻所提及的凈水裝置可能只是粗濾裝置，例如過濾網或活性炭濾材，并不是滿足真正的凈水需求。CN201520162180公開了一種凈化水系統及其智能水龍頭，這種智能水龍頭包括龍頭主體和PCB板，該龍頭主體開設有進水口和出水口，PCB板安裝于所述龍頭主體內并與所述凈水器的控制單元連接；在監測和反饋凈水器的工作狀態、濾芯使用壽命和直飲水水質方面具有一定智能性。類似地，受限于龍頭結構，該龍頭并不能有效實現自來水深層凈化。由此可見，現有智能水龍頭受限于龍頭管路尺寸和濾芯性能，特別是濾芯不具備納濾功能，并不能有效實現自來水深層凈化。另外，現有納濾膜通量普遍不高以及缺少智能響應功能，大大限制了其應用范圍。針對以上技術問題，本專利技術人通過大量實驗研究與總結分析，終于完成了本專利技術。
技術實現思路
[要解決的技術問題]本專利技術的目的是提供一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜。本專利技術的另一個目的是提供所述一體式智能凈水龍頭納濾膜的制備方法。[技術方案]本專利技術是通過下述技術方案實現的。本專利技術涉及一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜。所述的納濾膜依次由厚度10μm～70μm無紡布支撐體底層、厚度10μm～30μm聚合物支撐中間層與厚度30nm～100nm致密分離層表層組成；所述無紡布支撐體底層是由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它們的混合物織成的無紡布；所述聚合物支撐中間層是由一種或多種選自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯醇、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分離層是由一種或多種選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、陽離子纖維素、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。根據本專利技術的一種優選實施方式，所述無紡布支撐體底層的單位面積重量是20～100g/m2，它的透氣系數是0.1～10mL/cm2/s。根據本專利技術的另一種優選實施方式，制成無紡布支撐體底層的聚合物纖維的直徑是0.05μm～50μm。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述聚合物支撐中間層具有貫通整個聚合物支撐中間層的孔，所述的孔具有軸對稱型結構或非軸對稱型結構。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述聚合物支撐中間層孔的直徑是0.005μm～0.5μm。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述的致密分離層還含有一種或多種選自溫度響應型聚合物、pH響應型聚合物、光照響應型聚合物或電場響應型聚合物的環境敏感型聚合物；所述的溫度響應型聚合物選自聚N-異丙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物、N-異丙基丙烯酰胺與可聚合含糖親水單體共聚物、末端官能化聚N-異丙基丙烯酰胺或梳狀聚合物；所述的pH響應型聚合物選自聚丙烯酸、丙烯酸酯類、聚4-乙烯基吡啶、水溶性羧甲基纖維素或水溶性殼聚糖；所述的光照響應型聚合物選自偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺環吡喃及其衍生物或多肽；所述的電場響應型聚合物選自交聯的聚電解質或導電高分子。根據本專利技術的另一種優選實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜，其特征在于所述的納濾膜依次由厚度10μm～70μm無紡布支撐體底層、厚度10μm～30μm聚合物支撐中間層與厚度30nm～100nm致密分離層表層組成；所述無紡布支撐體底層是由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它們的混合物織成的無紡布；所述聚合物支撐中間層是由一種或多種選自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯醇、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分離層是由一種或多種選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、陽離子纖維素、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。

【技術特征摘要】
1.一種用于一體式智能凈水龍頭的納濾膜，其特征在于所述的納濾膜依次由厚度10μm～70μm無紡布支撐體底層、厚度10μm～30μm聚合物支撐中間層與厚度30nm～100nm致密分離層表層組成；所述無紡布支撐體底層是由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜或由它們的混合物織成的無紡布；所述聚合物支撐中間層是由一種或多種選自聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯醇、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的；所述的致密分離層是由一種或多種選自聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚乙烯醇、陽離子纖維素、殼聚糖、多巴胺或氧化石墨烯的聚合物制成的。2.根據權利要求1所述的納濾膜，其特征在于所述無紡布支撐體底層的單位面積重量是20～100g/m2，它的透氣系數是0.1～10mL/cm2/s。3.根據權利要求1所述的納濾膜，其特征在于制成無紡布支撐體底層的聚合物纖維的直徑是0.05μm～50μm。4.根據權利要求1所述的納濾膜，其特征在于所述聚合物支撐中間層具有貫通整個聚合物支撐中間層的孔，所述的孔具有軸對稱型結構或非軸對稱型結構。5.根據權利要求1所述的納濾膜，其特征在于所述聚合物支撐中間層孔的直徑是0.005～0.5μm。6.根據權利要求1所述的納濾膜，其特征在于所述的致密分離層還含有一種或多種選自溫度響應型聚合物、pH響應型聚合物、光照響應型聚合物或電場響應型聚合物的環境敏感型聚合物；所述的溫度響應型聚合物選自聚N-異丙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺和聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物、N-異丙基丙烯酰胺與可聚合含糖親水單體共聚物、末端官能化聚N-異丙基丙烯酰胺或梳狀聚合物；所述的pH響應型聚合物選自聚丙烯酸、丙烯酸酯類、聚4-乙烯基吡啶、水溶性羧甲基纖維素或水溶性殼聚糖；所述的光照響應型聚合物選自偶氮苯及其衍生物、三苯基甲烷衍生物、螺環吡喃及其衍生物或多肽；所述的電場響應型聚合物選自交聯的聚電解質或導電高分子。7.根據權利要求6所述的納濾膜，其特征在于所述環境敏感型聚合物的量是以所述致密分離層總重量計5～25％。8.根據權利要求1-7中任一項權利要求所述的納濾膜，其特征在于該納濾膜具有下述膜性能：在壓力0.2～0.4MPa、溫度22～25℃與市政自來水硬度235～245mg/L的條件下，所述納濾膜的產水通量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳亦力，張慶磊，彭文娟，李鎖定，張翠苗，汪洋，
申請(專利權)人：北京碧水源膜科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11