[发明专利]一种有机管式纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种有机管式纳滤分离膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术是指多组分的混合物在压力驱动下通过半透膜时，实现选择性分离的技术。由于该技术具有高效、节能、环保、占地面积小等多项优势，在水处理和物料分离等领域已经得到了广泛的应用。从膜材料角度，市场上的膜产品主要分为有机高分子材料和无机材料。而从膜形态的角度，膜产品可以归类为平板膜，中空纤维膜和管式膜。纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种压力驱动型膜分离过程。纳滤膜孔径在1nm左右，截留相对分子质量在200～2000之间，对二价及多价离子具有较高的截留率，而对一价离子截留率低，因此特别适于分离相对分子质量为几百的有机物及二价、多价的离子等。近年来，纳滤膜已经从常规的水溶液体系应用，逐步向耐有机溶剂、高浓度、自清洗、抗污染等较为苛刻的应用方向发展。

常用的螺旋卷式纳滤膜组件在水处理应用过程中对进水要求严格，需要预处理，否则易堵塞，使用寿命短，这些特性限制了其在水处理行业中的进一步应用。有机管式膜通常是在内径5-25mm，长度0.3-6m的玻璃纤维合成纸，无纺布，塑料或不锈钢等支撑体内侧流延而成，有机高分子层厚度20-150μm(如图1所示)。管式膜组件料液流速可调范围大，浓差极化较易控制，流道通畅，压力损失小，易清洗，易拆换，对料液的预处理要求比较简单，适用于高浓度、高固含的水处理体系。有机管式超滤膜在物料分离和高固含的废水体系中已经有了成功的应用，但有机管式纳滤膜产品仍是市场上的空白。

螺旋卷式纳滤膜的制备方法主要是通过界面聚合反应在多孔的高分子支撑层上形成聚酰胺的功能层。界面聚合反应制备螺旋卷式反渗透和纳滤膜的生产工艺非常成熟，产品也得到了水处理市场中得到了广泛的应用。因为界面聚合反应中需要两种反应活性高的单体在两个互不相溶的溶剂界面处发生反应，通过界面聚合反应制备中空纤维膜或有机管式膜需要至少两步涂覆或者浸没，所以生产工艺更加复杂，产品稳定性也更难控制。尤其是中空纤维膜由于内径外径尺寸小，简单的浸没式无法保证膜丝有效面积的全部涂覆，浸没法尤其无法实现膜丝内表面的界面聚合反应，需要制备膜组件后使用辅助的泵压循环设备等复杂的工艺程序。

目前膜产品广泛使用的高分子有机膜材料有聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)，聚偏四氟乙烯(PVDF)，聚砜(PSF)和聚醚砜(PES)等。聚酰胺酰亚胺材料具有高玻璃化转变温度和熔化温度，良好的亲水性，良好的物理和化学稳定性，在水中带弱负电性，是适用于处理高浓度有机废水体系过滤离子的优选膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单的特种有机管式纳滤膜的制备方法，该方法制备的有机管式纳滤膜截留分子量MWCO为1000-2000Dalton。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有机管式纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)以聚酰胺酰亚胺为基材，将聚酰亚胺和溶剂在50-90℃以100-1000rpm的搅拌速度保温搅拌12-48h，为避免组分的挥发，冷却至室温加入添加组分后继续搅拌12-24h得到铸膜液；

(2)将铸膜液静置脱泡12-48h后与预处理后无纺布一起置于管式刮膜机上在30-70℃卷管涂抹，进料速度0.5-10ml/min，卷管速度0.5-15m/min控制涂膜条件，经预蒸发10-60s后，将其浸入凝固浴中，形成管式聚酰胺酰亚胺支撑膜；

(3)将管式聚酰亚胺支撑膜一端封上管塞，注满含有化学交联剂的甲醇或异丙醇溶液，封上另一端管塞，交联10min-6h后，放空管腔，注入去离子水清洗管腔3次去除多余的交联液，得管式纳滤膜；

(4)将管式纳滤膜浸泡在20-40％的甘油溶液水中保存。

具体地，上述步骤(1)中铸膜液中基材的质量分数为15-30％，添加组分的质量分数为1-20％，余量为溶剂。

具体地，上述步骤(1)中的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

具体地，上述步骤(1)中添加组分为聚乙烯吡咯烷酮、甲醇、乙醇、去离子水、聚乙二醇、二甘醇、四氢呋喃或氯化锂中的一种或几种。

具体地，上述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子量为2000-40000，聚乙二醇的相对分子量为200-1000。

具体地，上述步骤(2)中凝固浴为去离子水、蒸馏水、纯化水、醇溶液或醇溶液和水的任意比例的混合体系中的一种。

具体地，上述步骤(2)中凝固浴温度20-70℃。