一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，由以下步驟組成：（1）將醋酸纖維素、溶劑及納米粒子按順序依次加入容器中攪拌溶解，攪拌溫度為30～70℃、攪拌時間為6～24小時；之后對溶液進行脫泡，脫泡溫度25~50℃，脫泡2～3小時，得到分散均勻的鑄膜液，備用；（2）利用刮膜機刮膜，將步驟（1）中經(jīng)脫泡處理的醋酸纖維素鑄膜液涂覆于基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，置于溫度為15~45℃，相對濕度為20%~80% 的空氣下?lián)]發(fā) 5~20 秒；（3）將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉化，凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜，并在5~70℃水浴中熱處理10~30min，本發(fā)明主要用于苦咸水的淡化。
【專利說明】一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理用高分子膜的制備領域，具體涉及一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法。

【背景技術】
[0002]我國地下微咸水資源總量約277億m3，其中可開采量約144億m3，絕大部分存在于地下1-1OOm處，宜于開采利用。我國咸水主要分布在易發(fā)生干旱的華北、西北以及沿海地帶。地表水和淺井水是西部省區(qū)(包括陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆五省區(qū))主要飲用水資源。由于地質地貌、水文地質、氣候環(huán)境等綜合因素及“三廢”污染的影響，西北地區(qū)干旱少雨，地表水水質多為已有不同程度污染的苦咸水，地下水水質幾乎都是高礦化高氟苦咸水，缺水問題尤為突出。據(jù)統(tǒng)計，西北地區(qū)苦咸水年可開采量46.9億立方米，主要分布在甘肅、新疆、寧夏和內蒙古西部。據(jù)地質部門估算,寧夏有8.54億m3、甘肅有1.8億m3、新疆有15.35億m3的地下水屬于苦(微)咸水。
[0003]苦咸水資源量豐富，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人民生活水平的不斷提高及人口的不斷增長和西部大開發(fā)戰(zhàn)略實施帶來的經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源短缺已成為西部省份面臨的最主要的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟問題之一?？嘞趟蔀榭嘞趟貐^(qū)居民生活用水和工業(yè)用水提供重要補充水源和應急水源。
[0004]正滲透膜分離過程是近些年來發(fā)展起來的一種新型膜分離技術，其利用在兩種溶液之間的濃度差所引起的滲透壓，并將其作為使水從較低濃度溶液經(jīng)由膜輸送到較高濃度溶液的驅動力。與傳統(tǒng)的壓力驅動型膜過程相比，正滲透過程不需要外加壓力，能耗較少，過程對膜的污染程度較低，過程的回收率較高，環(huán)境效應友好，由于正滲透過程的這些優(yōu)點使得其在海水淡化、苦咸水脫鹽、食品濃縮、發(fā)電、藥物控制釋放等領域有著廣闊的發(fā)展空間。
[0005]理論上，正滲透可用滲透壓很高的汲取液來實現(xiàn)比反滲透更大的膜通量，然而研究發(fā)現(xiàn)實際膜通量遠小于理論值，這是由于商品化的反滲透膜具有嚴重的不對稱結構，其皮層結構比較致密，孔隙率不高，導致正滲透過程中存在很嚴重的內濃差極化現(xiàn)象。往往使膜通量降低80%。只有通過改善膜結構和膜性能來緩解。目前針對內濃差極化現(xiàn)象，出現(xiàn)了多種解決方法，有效的緩解辦法有:增大支撐層孔徑、采用親水性物質制備支撐層?！耙环N聚偏氟乙烯復合醋酸纖維素正滲透膜的制備方法”(專利號:CN 102580562 B)以親水性聚偏氟乙烯微濾膜作為支撐底膜，提高水通量?！耙环N雙皮層正滲透膜及其制備方法”(專利號:CN103055713 A)、“一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的制備方法”(專利號:CN 102949941A)、“一種醋酸纖維素正滲透膜及其制備方法”(專利號:CN 103537200 A)和“一種醋酸纖維素正滲透膜材料及其制備方法”(專利號:CN 103785301 A)利用親水性的醋酸纖維素(CA)制備活性層，改變制備方法制得的醋酸纖維素正滲透膜具有較高的截鹽率和膜通量。
[0006]根據(jù)文獻報道，目前商品化的正滲透膜主要有美國Hydrat1n Technologies公司生產(chǎn)的三醋酸纖維素正滲透膜，但由于這種膜材料易于降解而限制了其應用。因此，有必要開發(fā)壽命長、強度好、抗污染、價格低、具有高水通量、高脫鹽率、內濃差極化小的正滲透膜，是目前正滲透技術得以發(fā)展和推廣應用的關鍵所在。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了提供一種苦咸水淡化用的正滲透膜的制備方法，本方法簡潔合理，所得正滲透膜能有效的淡化苦咸水。
[0008]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，所述的制備方法由以下步驟組成:(I)將醋酸纖維素、溶劑及納米粒子按順序依次加入攪拌容器中攪拌溶解，攪拌溫度為30?70°C、攪拌時間為6?24小時；之后對溶液進行脫泡，脫泡溫度25~50°C，脫泡2?3小時，得到分散均勻的醋酸纖維素鑄膜液，備用；
(2)利用刮膜機刮膜，將步驟(I)中經(jīng)脫泡處理的醋酸纖維素鑄膜液涂覆于基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底膜層置于溫度為15~45°C，相對濕度為20%~80%的空氣下?lián)]發(fā)5~20秒；
(3)將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉化，凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜，并在5~70°C水浴中熱處理10~30min ;洗凈后放在質量濃度為0.5°/『1%的亞硫酸氫鈉溶液中4~20°C低溫保存即可；
步驟(I)中所述的醋酸纖維素鑄膜液中各物質的重量含量為:醋酸纖維素20?50 %、溶劑50?80 % ;納米粒子0.01-0.05%，其三者重量百分比之和為百分之百；
所述的醋酸纖維素為:三醋酸纖維素和/或二醋酸纖維素和/或醋酸丙酸纖維素和/或醋酸丁酸纖維；
所述的溶劑為:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、丙酮、磷酸三乙酯、二甲基亞砜、三甲基磷酸酯、六甲基磷酰胺、四氯乙烷、N，N- 二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、碳酸丙二醇酯和一縮二乙二醇中的一種或者二種以上的組合；
所述的納米粒子為:高硅型沸石分子篩、T12納米粒子、S1 2納米粒子、甲殼素納米晶、納米有機硅、有機碳納米管及芘衍生物納米粒子中的任意一種；步驟(2)中所述的基材為:聚酯篩網(wǎng)、無紡布、棉、玻璃板及流延板中的一種。
[0009]其中，醋酸纖維素正滲透膜以三醋酸纖維素與選自二醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素和醋酸丁酸纖維中的任一醋酸纖維素的混合物為主要材料，具有良好的化學穩(wěn)定性、較高的截留率和水通量；此正滲透膜主要應用于苦咸水淡化；添加納米粒子，增強了正滲透膜的強度。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本方法合理簡潔，制備的正滲透膜較好的淡化苦咸水，取得了顯著的技術效果。

【具體實施方式】
[0011]實施例1、一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，所述的制備方法由以下步驟組成:(1)將質量比為3:1的三醋酸纖維素和二醋酸纖維素混合物20g、40g N-甲基吡咯烷酮、2g Ti02納米粒子，按順序加入在溫度40°C條件下進行攪拌6小時溶解，形成均勻的鑄膜液；25°C靜置3小時脫泡； (2)利用刮膜機刮膜，將步驟(I)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于干燥潔凈的玻璃板上，通過刮膜機刮膜形成初生態(tài)膜，并將初生態(tài)膜置于溫度為25°C，相對濕度為60%的空氣下?lián)]發(fā)5秒；
(3)將初生態(tài)膜放入介質為水的凝膠浴中，凝膠浴溫度60°C，熱處理15min，經(jīng)相轉化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜。
[0012]正滲透性能測試條件:以0.5mol/L的NaCl溶液為汲取液，、0.lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，溫度25°C，，正滲透通量為12 L/ (m2.h)，截留率98.2%。
[0013]實施例2、一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，所述的制備方法由以下步驟組成:(1)將17g醋酸纖維素加入30g N-甲基吡咯烷酮、1g丙酮、2.5g甲殼素納米晶，按順序加入在溫度50°C條件下進行攪拌12小時溶解，形成均勻的鑄膜液；37°C靜置2.5小時脫泡；
(2)利用刮膜機刮膜，將步驟(I)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于無紡布上，通過刮膜機刮膜形成初生態(tài)膜，并將初生態(tài)膜置于溫度為30°C，相對濕度為55%的空氣下?lián)]發(fā)10秒；
(3)將初生態(tài)膜放入介質為水的凝膠浴中，凝膠浴溫度25°C，熱處理25min，經(jīng)相轉化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜。
[0014]正滲透性能測試條件:以0.5mol/L的NaCl溶液為汲取液，、0.lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，溫度25°C，，正滲透通量為11.38 L/(m2.h)，截留率99.52%。
[0015]實施例3、一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，所述的制備方法由以下步驟組成:(I)將質量比2:1的醋酸纖維素和醋酸丙酸纖維素的混合物40g，加入、20g丙酮、20磷酸三乙酯、3.5g Ti02納米粒子，按順序加入在溫度70°C條件下進行攪拌6小時溶解，形成均勻的鑄膜液；37°C靜置2小時脫泡；
(2)利用刮膜機刮膜，將步驟(I)中經(jīng)脫泡處理的鑄膜液涂覆于無紡布上，通過刮膜機刮膜形成初生態(tài)膜，并將初生態(tài)膜置于溫度為15°C，相對濕度為70%的空氣下?lián)]發(fā)15秒；
(3)將初生態(tài)膜放入介質為水的凝膠浴中，凝膠浴溫度45°C，熱處理15min，經(jīng)相轉化凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜。
[0016]正滲透性能測試條件:以0.5mol/L的NaCl溶液為汲取液，、0.lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，溫度25°C，，正滲透通量為13.38 L/(m2*h)，截留率98.52%。
[0017]實施例1-3中:步驟(I)中所述的醋酸纖維素鑄膜液中各物質的重量含量為:醋酸纖維素20?50 %、溶劑50?80 % ;納米粒子0.01-0.05%，其三者重量百分比之和為百分之百；
所述的醋酸纖維素為:三醋酸纖維素和/或二醋酸纖維素和/或醋酸丙酸纖維素和/或醋酸丁酸纖維；
所述的溶劑為:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、丙酮、磷酸三乙酯、二甲基亞砜、三甲基磷酸酯、六甲基磷酰胺、四氯乙烷、N，N- 二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、碳酸丙二醇酯和一縮二乙二醇中的一種或者二種以上的組合；
所述的納米粒子為:高硅型沸石分子篩、T12納米粒子、S1 2納米粒子、甲殼素納米晶、納米有機硅、有機碳納米管及芘衍生物納米粒子中的任意一種；
步驟(2)中所述的基材為:聚酯篩網(wǎng)、無紡布、棉、玻璃板及流延板中的一種。
【權利要求】
1.一種用于苦咸水淡化的醋酸纖維素正滲透膜的制備方法，其特征在于:所述的制備方法由以下步驟組成:(1)將醋酸纖維素、溶劑及納米粒子按順序依次加入攪拌容器中攪拌溶解，攪拌溫度為30?70°C、攪拌時間為6?24小時；之后對溶液進行脫泡，脫泡溫度25~50°C，脫泡2?3小時，得到分散均勻的醋酸纖維素鑄膜液，備用； (2)利用刮膜機刮膜，將步驟(I)中經(jīng)脫泡處理的醋酸纖維素鑄膜液涂覆于基材上，并采用刮刀均勻的刮在基材上形成底膜層，將基材上的底膜層置于溫度為15~45°C，相對濕度為20%~80%的空氣下?lián)]發(fā)5~20秒； (3)將底膜層放入凝膠浴中經(jīng)相轉化，凝膠成具有致密皮層的膜，將所制備的膜用去離子水清洗，除去殘余的有機溶劑，制得正滲透膜，并在5~70°C水浴中熱處理10~30min ;洗凈后放在質量濃度為0.5°/『1%的亞硫酸氫鈉溶液中4~20°C低溫保存即可； 步驟(I)中所述的醋酸纖維素鑄膜液中各物質的重量含量為:醋酸纖維素20?50 %、溶劑50?80 % ;納米粒子0.01-0.05%，其三者重量百分比之和為百分之百； 所述的醋酸纖維素為:三醋酸纖維素和/或二醋酸纖維素和/或醋酸丙酸纖維素和/或醋酸丁酸纖維； 所述的溶劑為:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、丙酮、磷酸三乙酯、二甲基亞砜、三甲基磷酸酯、六甲基磷酰胺、四氯乙烷、N，N- 二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、碳酸丙二醇酯和一縮二乙二醇中的一種或者二種以上的組合； 所述的納米粒子為:高硅型沸石分子篩、T12納米粒子、S1 2納米粒子、甲殼素納米晶、納米有機硅、有機碳納米管及芘衍生物納米粒子中的任意一種； 步驟(2)中所述的基材為:聚酯篩網(wǎng)、無紡布、棉、玻璃板及流延板中的一種。
【文檔編號】B01D71/16GK104437117SQ201410718877
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】張清華, 鄧銘江, 曾凡付, 陳東玫, 薛俊峰 申請人:新疆德藍股份有限公司