[发明专利]一种基于3D打印技术正渗透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：(1)制备聚氯乙烯支撑层：将聚氯乙烯、聚乙烯醇和N‑甲基吡咯烷酮混合至搅拌均匀，静置脱泡后涂膜机均匀成膜，保存在去离子水中待用；(2)制备聚氯乙烯—聚酰胺复合膜：配制含有均苯三甲酰氯的正己烷溶液A和含有间苯二胺的水溶液B，利用3D打印机将B、A溶液依次沉积在聚氯乙烯支撑层上，得到复合膜。该3D打印技术制备的正渗透膜，由于孔径和膜厚的可控，相比较传统界面聚合法而言，膜的表面粗糙度由原来的80nm左右降至2nm左右，得到更薄更光滑的复合膜，使得透水率和盐截留率大大提升，保证膜性能较好的同时降低了成本。

技术领域

本发明属于膜技术和水处理技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术正渗透膜的制备方法及其在水处理技术中的应用。

背景技术

全国降水总量仅有47.3％转化为水资源，其余大部分在蒸散发中消耗。且我国水资源存在时空分布不均、人口增长过快及水污染等问题，导致我国人均水资源呈现短缺的现状。

传统的水处理技术分为热法和膜法，以蒸馏、吸附为主的热法和膜法技术能耗较高，膜法技术分为纳滤、超滤、反渗透和正渗透，其中正渗透技术由于能耗低、膜污染小、水回收率高的优点而受到广泛关注。传统的正渗透膜法技术采用相转换—界面聚合法，制备的膜厚度和表面粗糙度不可控，导致膜性能低和抗污染能力较弱。有研究人员提出一种全新的3D打印技术，制备出更薄更光滑的聚酰胺膜。

公开号为CN107235745A的专利中公开了“一种利用3D打印技术制备的污水处理陶瓷膜及其制备方法”，该方法利用电脑设计成规律孔径的膜三维文件，膜孔径和厚度均匀可控，但是采用的原材料碳纤维价格昂贵，性价比低，可行性较低。

公开号为CN106747544A的专利中公开了“一种利用3D打印技术制备的陶瓷膜及其制备方法”，该方法制备的膜虽然耐高温高压，长时间运行条件下稳定，但是同样原材料价格昂贵，性价比低。

公开号为CN106582570A的专利中公开了“一种利用3D打印技术制备的过滤膜及其制备方法”，该方法制备的膜孔径和厚度均匀可控，但是选用的原料复杂，制备工艺复杂，可行性低。所以我们需要寻找一种原材料性能优异且价格低廉，同时膜孔径和厚度均匀可控的膜制备方法，提高水处理技术的效率并降低成本和能耗。

发明内容

本发明的目的是在于克服已有技术的缺点，提供一种基于3D打印技术正渗透膜的制备方法，该方法支撑层聚氯乙烯材料性能优异，价格低廉；采用电喷雾技术将反应单体直接沉积到支撑层表面，制备聚酰胺超薄膜。该3D打印技术制备出的正渗透膜膜的孔径和厚度均匀可控，具有较高的水通量和盐截留率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明提出的一种基于3D打印技术正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚氯乙烯支撑层的制备，具体过程为：

(1a)将质量比为0.005g:1g～0.11g：1g的聚乙烯醇和聚氯乙烯加入N—甲基吡咯烷酮中，在圆底烧瓶中搅拌至聚乙烯醇、聚氯乙烯和N—甲基吡咯烷酮完全溶解形成均匀稳定溶液，所述的聚氯乙烯与N—甲基吡咯烷酮固液比为0.16g:1mL～0.20g:1mL；

(1b)将上述均匀稳定溶液放置在23～25℃温度下静置脱泡，然后将溶液转移至自动涂膜机上均匀成膜，得到聚氯乙烯支撑层，并将其保存在去离子水中待用；

(2)复合膜的制备，具体过程为：

(2a)将间苯二胺加入去离子水中，搅拌2～3h形成均匀稳定溶液A，间苯二胺与去离子水固液比为0.3g:1mL～0.7g:1mL；将均苯三甲酰氯加入正己烷中，搅拌3～5h形成均匀稳定混合溶液B，均苯三甲酰氯与正己烷固液比为0.5g:1mL～0.8g:1mL；