CN112221355B - 一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 - Google Patents
一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112221355B CN112221355B CN202011015015.7A CN202011015015A CN112221355B CN 112221355 B CN112221355 B CN 112221355B CN 202011015015 A CN202011015015 A CN 202011015015A CN 112221355 B CN112221355 B CN 112221355B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- hollow fiber
- agent
- membrane
- porous carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000011033 desalting Methods 0.000 title abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims abstract description 57
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 62
- DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N L-asparagine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 42
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 26
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 26
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229960001230 asparagine Drugs 0.000 claims description 21
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 21
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims description 14
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 12
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 11
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 7
- NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 2-[2,4-di(pentan-2-yl)phenoxy]acetyl chloride Chemical compound CCCC(C)C1=CC=C(OCC(Cl)=O)C(C(C)CCC)=C1 NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 5
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 5
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 4
- OUGJKAQEYOUGKG-UHFFFAOYSA-N ethyl 2-methylidenebutanoate Chemical group CCOC(=O)C(=C)CC OUGJKAQEYOUGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940015043 glyoxal Drugs 0.000 claims description 4
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 4
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 4
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 3
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical group O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 10
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 10
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 150000007519 polyprotic acids Polymers 0.000 description 5
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 5
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 5
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- WROUWQQRXUBECT-UHFFFAOYSA-M 2-ethylacrylate Chemical group CCC(=C)C([O-])=O WROUWQQRXUBECT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000001263 acyl chlorides Chemical class 0.000 description 1
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 125000004193 piperazinyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/30—Polyalkenyl halides
- B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
- B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/02—Hydrophilization
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/36—Hydrophilic membranes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法，所述高通量中空纤维脱盐膜的制备方法主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片1‑5份、高分子树脂粉末25‑35份、N,N‑二甲基乙酰胺55‑65份、亲水剂1‑5份，致孔剂5‑10份，所述多孔碳纳米片由氧化石墨烯分散至有机溶液中制得。本发明的高通量中空纤维脱盐膜通过多孔碳纳米片的引入，增加了膜的亲水性，提高了中空纤维脱盐膜的水通量，制备出的脱盐膜亲水性强、通量高、脱盐率高、强度好。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体而言，涉及一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法。
背景技术
膜分离技术自20世纪初至今得到了飞速的发展，被广泛认为是水处理领域最具有发展前景的技术之一。近年来，膜分离技术凭借其分离效率高、能耗低、物耗低、工艺简单、操作方便且无二次污染的特点，受到了广大研究学者的关注，成为目前水处理领域的高新技术。
膜分离过程的基本原理是以具有选择渗透性的薄膜作为分离介质，在压力差、电位差、浓度差或温度差等驱动力的作用下，分离和提纯多组分混合物流体内的溶剂和溶质。中空纤维脱盐膜的分离过程受到表面电荷和膜孔筛分共同作用。中空纤维膜的表皮层带有微弱的电荷，能够阻碍多价离子的透过，与孔径筛分共同作用下，对二价的无机盐离子具有较高的截留性能。但由于市售用于制备中空纤维脱盐膜的多采用疏水性材料(如：聚偏氟乙烯、聚醚砜等)制得，导致制备得到的中空纤维脱盐膜通量比较小，处理量不高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高通量中空纤维脱盐膜，该纤维膜通过多孔碳纳米片的引入，增加了膜的亲水性，提高了中空纤维脱盐膜的水通量。
本发明的第二目的在于提供上述高通量中空纤维脱盐膜的制备方法，该制备方法操作简单，制备出的中空纤维脱盐膜具有均匀、亲水性强、通量高、强度好的优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种高通量中空纤维脱盐膜，主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片1-5份、高分子树脂粉末25-35份、N,N-二甲基乙酰胺55-65份、亲水剂1-5份，致孔剂5-10份，所述多孔碳纳米片由氧化石墨烯分散至有机溶液中制得。
优选地，所述高通量中空纤维脱盐膜主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片2-4份、高分子树脂粉末27-33份、N,N-二甲基乙酰胺57-63份、亲水剂2-4份，致孔剂6-9份。
优选地，所述高通量中空纤维脱盐膜主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片3份、高分子树脂粉末30份、N,N-二甲基乙酰胺60份、亲水剂3份，致孔剂8份。
在上述的各原料中，通过引入多孔碳纳米片提高了脱盐膜的亲水性，并通过合理的配比，保证了脱盐膜的高水通量和高脱盐率。
优选地，所述高分子树脂粉末为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的任意一种或几种。通过使用高分子树脂粉末，能够保证制备出的脱盐膜拥有良好的强度。
优选地，所述亲水剂为无水乙醇或吐温中的任意一种或几种。添加亲水剂能够进一步增强制备出的脱盐膜的亲水性，以提高脱盐膜的水通量。
优选地，所述致孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或几种。通过添加致孔剂能够提高脱盐膜的水通量。
本发明还提供了一种高通量中空纤维脱盐膜的制备方法，包括：
(A)将高分子树脂粉末、N,N-二甲基乙酰胺、亲水剂、致孔剂混合均匀后，再添加多孔碳纳米片继续混合搅拌均匀得到基膜；
(B)将所述基膜浸泡在温度为60-80℃的水相中50-70s，取出沥干水分后将其浸泡在有机相中50-70s，固化定型。
该制备方法工艺简单，制备效率高，能够制备出高通量、高脱盐率、高强度的脱盐膜。
优选地，所述步骤(A)中的多孔碳纳米片的制备方法如下：将氧化石墨烯分散至有机溶液中分散均匀后，干燥制得。
优选地，所述有机溶液为乙醇、乙二醇中的任意一种或两种。
优选地，将所述氧化石墨烯分散至有机溶液中分散均匀后，依次加入L-天门冬酰胺、还原剂和交联剂搅拌混合均匀，得混合物溶液，然后再进行所述干燥。进一步地，所述交联剂为乙二醛、戊二醛、甲醛、硼酸以及硼砂中的一种或几种混合物；所述还原剂为间苯二酚、硼氢化钠、水合肼以及氢碘酸中的一种或几种混合物。
交联剂的作用是防止多孔碳纳米片分子间的缠结，促使多孔碳纳米片的有序排列，更有利于后续与其他物质混合后形成纤维膜拉伸性能更佳。还原剂能够将氧化石墨烯还原成石墨烯，可以使得石墨烯基团更好的裸露在外，提高石墨烯性能的发挥。采用L-天门冬酰胺对氧化石墨烯进行改性，可以使得酰胺基团反应脱水缩合，使得改性后的石墨烯稳定性更好，后续也更有利于与其他物质进行互混。
优选地，加入所述L-天门冬酰胺后，在25℃温度条件下磁力搅拌0.5h。然后加入还原剂，搅拌25-30min至混合物混合均匀，最后加入交联剂，搅拌混合物6-10min，直到混合物颜色变深。通过多次搅拌，能够保证各原料混合的更加均匀，原料间化合反应更加充分。
优选地，为保证氧化石墨烯在有机溶液中能够分散均匀，在将氧化石墨烯加入有机溶液后，需进行0.5-0.7h的超声处理。
优选地，将所述混合物溶液在80-100℃条件下先保温15-20h后，再进行所述干燥。
优选地，所述干燥的步骤包括：先将混合物溶液在20-25℃条件下干燥20-25h，再在50℃下干燥30-40h至无明显重量减少。
优选地，进行所述干燥后，在750-850℃、氮气气氛下热解2-3h即得多孔碳纳米片。
优选地，所述步骤(B)中固化定型的步骤包括：加入固化剂，加热至50-70℃，固化定型110-130s。这样有助于提高固化定型的效果。
优选地，所述固化剂溶质的浓度为2-3wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
优选地，所述水相中溶质的浓度为0.9-3wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述有机相中溶质的浓度为1.5-4.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的高通量中空纤维脱盐膜通过多孔碳纳米片的引入，增加了膜的亲水性，提高了中空纤维脱盐膜的水通量，制备出的脱盐膜亲水性强、通量高、脱盐率高、强度好。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
将氧化石墨烯分散至无水乙醇中，并将混合物超声处理0.5h。然后，将L-天门冬酰胺加入该溶液中，温度保持在25℃，磁力搅拌0.5h，所述氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：1；接着，将还原剂加入到上述混合物中并搅拌25min，直到混合物再次均匀，所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.1：1；之后将交联剂注入混合物中，搅拌混合物6min，直到混合物颜色变深，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为0.1：1。然后将混合物溶液密封并转移到温度保持在80℃的烘箱中，保温15h。最后，在20℃环境下干燥20h，后在50℃下干燥30h以上至无明显重量减少，然后在750℃、氮气气氛下热解2h，获得多孔碳纳米片。
天平称取如下质量的原料：高分子树脂粉末25g，N,N-二甲基乙酰胺55g，亲水剂1g，致孔剂质量分数为5g，在反应釜内加热溶解混合均匀后与1g多孔碳纳米片混合均匀，真空脱泡后通过喷丝头垂直进入凝固浴中，经凝固、漂洗、浸泡后得到中空纤维脱盐膜基膜。
将中空纤维脱盐膜基膜浸泡在温度为60℃的水相中50s，取出沥干水分后再其浸泡在有机相中50s；后转移至固化剂中，加热至50℃，固化定型110s，获得高通量中空纤维脱盐膜。
上述还原剂为间苯二酚。
上述交联剂为甲醛。
上述高分子树脂粉末为聚砜。
上述亲水剂为无水乙醇。
上述致孔剂为聚乙二醇。
上述固化剂溶质的浓度为2wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
上述水相中溶质的浓度为0.9wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
上述有机相中溶质的浓度为1.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
实施例2
将氧化石墨烯分散至无水乙醇中，并将混合物超声处理0.5h。然后，将L-天门冬酰胺加入该溶液中，温度保持在25℃，磁力搅拌0.5h，所述氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：2；接着，将还原剂加入到上述混合物中并搅拌27min，直到混合物再次均匀，所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.1：1；之后将交联剂注入混合物中，搅拌混合物7min，直到混合物颜色变深。所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为0.2：1。然后将混合物溶液密封并转移到温度保持在85℃的烘箱中，保温17h。最后，在20℃环境下干燥20h，后在50℃下干燥30h以上至无明显重量减少，然后在800℃、氮气气氛下热解2.5h，获得多孔碳纳米片。
天平称取如下质量的原料：高分子树脂粉末27g，N,N-二甲基乙酰胺57g，亲水剂2g，致孔剂质量分数为6g，在反应釜内加热溶解混合均匀后与2g多孔碳纳米片混合均匀，真空脱泡后通过喷丝头垂直进入凝固浴中，经凝固、漂洗、浸泡后得到中空纤维脱盐膜基膜。
将中空纤维脱盐膜基膜浸泡在温度为65℃的水相中55s，取出沥干水分后再其浸泡在有机相中55s；后转移至固化剂中，加热至55℃，固化定型115s，获得高通量中空纤维脱盐膜。
上述还原剂为硼氢化钠。
上述交联剂为乙二醛。
上述高分子树脂粉末为聚醚砜。
上述亲水剂为无水乙醇。
上述致孔剂为聚乙二醇。
上述固化剂溶质的浓度为2.5wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
上述水相中溶质的浓度为2wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
上述有机相中溶质的浓度为3wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
实施例3
将氧化石墨烯分散至无水乙醇中，并将混合物超声处理0.5h。然后，将L-天门冬酰胺加入该溶液中，温度保持在25℃，磁力搅拌0.5h，所述氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：3；接着，将还原剂加入到上述混合物中并搅拌25min，直到混合物再次均匀，所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.2：1；之后将交联剂注入混合物中，搅拌混合物6min，直到混合物颜色变深，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为0.2：1；然后将混合物溶液密封并转移到温度保持在90℃的烘箱中，保温18h。最后，在室温下干燥20h，后在50℃下干燥35h以上至无明显重量减少，然后在800℃、氮气气氛下热解2.5h，获得多孔碳纳米片。
天平称取如下质量的原料：高分子树脂粉末30g，N,N-二甲基乙酰胺60g，亲水剂3g，致孔剂质量分数为8g，在反应釜内加热溶解混合均匀后与3g多孔碳纳米片混合均匀，真空脱泡后通过喷丝头垂直进入凝固浴中，经凝固、漂洗、浸泡后得到中空纤维脱盐膜基膜。
将中空纤维脱盐膜基膜浸泡在温度为70℃的水相中60s，取出沥干水分后再其浸泡在有机相中60s；后转移至固化剂中，加热至60℃，固化定型120s，获得高通量中空纤维脱盐膜。
上述还原剂为间苯二酚。
上述交联剂为甲醛。
上述高分子树脂粉末为聚偏氟乙烯。
上述亲水剂为吐温。
上述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮中。
上述固化剂溶质的浓度为3wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
上述水相中溶质的浓度为3wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
上述有机相中溶质的浓度为4.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
实施例4
将氧化石墨烯分散至无水乙醇中，并将混合物超声处理0.6h。然后，将L-天门冬酰胺加入该溶液中，温度保持在25℃，磁力搅拌0.5h，所述氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：3；接着，将还原剂加入到上述混合物中并搅拌27min，直到混合物再次均匀，所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.3：1；之后将交联剂注入混合物中，搅拌混合物8min，直到混合物颜色变深，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为0.3：1；然后将混合物溶液密封并转移到温度保持在90℃的烘箱中，保温18h。最后，在室温下干燥20h，后在50℃下干燥30h以上至无明显重量减少，然后在800℃、氮气气氛下热解2.5h，获得多孔碳纳米片。
天平称取如下质量的原料：高分子树脂粉末33g，N,N-二甲基乙酰胺63g，亲水剂4g，致孔剂质量分数为9g，在反应釜内加热溶解混合均匀后与4g多孔碳纳米片混合均匀，真空脱泡后通过喷丝头垂直进入凝固浴中，经凝固、漂洗、浸泡后得到中空纤维脱盐膜基膜。
将中空纤维脱盐膜基膜浸泡在温度为75℃的水相中65s，取出沥干水分后再其浸泡在有机相中65s；后转移至固化剂中，加热至65℃，固化定型125s，获得高通量中空纤维脱盐膜。
上述还原剂为水合肼。
上述交联剂为戊二醛。
上述高分子树脂粉末为聚砜和聚醚砜按照质量比1:1进行混合得到。
上述亲水剂为无水乙醇和吐温按照质量比1:1进行混合得到。
上述致孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮按照质量比1:1进行混合得到。
上述固化剂溶质的浓度为3wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
上述水相中溶质的浓度为3wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
上述有机相中溶质的浓度为4.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
实施例5
将氧化石墨烯分散至无水乙醇中，并将混合物超声处理0.7h。然后，将L-天门冬酰胺加入该溶液中，温度保持在25℃，磁力搅拌0.5h，所述氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：3；接着，将还原剂加入到上述混合物中并搅拌30min，直到混合物再次均匀，所述还原剂与氧化石墨烯的质量比为0.3：1；之后将交联剂注入混合物中，搅拌混合物10min，直到混合物颜色变深，所述交联剂与氧化石墨烯的质量比为0.3：1；然后将混合物溶液密封并转移到温度保持在100℃的烘箱中，保温20h。最后，在室温下干燥20h，后在50℃下干燥40h以上至无明显重量减少，然后在850℃、氮气气氛下热解3h，获得多孔碳纳米片。
天平称取如下质量的原料：高分子树脂粉末35g，N,N-二甲基乙酰胺55g，亲水剂5g，致孔剂质量分数为10g，在反应釜内加热溶解混合均匀后与5g多孔碳纳米片混合均匀，真空脱泡后通过喷丝头垂直进入凝固浴中，经凝固、漂洗、浸泡后得到中空纤维脱盐膜基膜。
将中空纤维脱盐膜基膜浸泡在温度为80℃的水相中70s，取出沥干水分后再其浸泡在有机相中70s；后转移至固化剂中，加热至70℃，固化定型130s，获得高通量中空纤维脱盐膜。
上述还原剂为间苯二酚和硼氢化钠按1:1混合制得。
上述交联剂为乙二醛、戊二醛和甲醛按质量比1:1:1混合得到的混合液。
上述高分子树脂粉末为聚砜。
上述亲水剂为无水乙醇。
上述致孔剂为聚乙二醇。
上述固化剂溶质的浓度为3wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
上述水相中溶质的浓度为3wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
上述有机相中溶质的浓度为4.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
实施例6
具体操作工艺与实施例3一致，只是氧化石墨烯与L-天门冬酰胺的质量比为1：5。
实施例7
具体操作工艺与实施例3一致，只是间苯二酚与氧化石墨烯的质量比为0.6：1。
实施例8
具体操作工艺与实施例3一致，只是甲醛与氧化石墨烯的质量比为0.5：1。
比较例1
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加多孔碳纳米片。
比较例2
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加的多孔碳纳米片为7g。
比较例3
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加的多孔碳纳米片为0.2g。
比较例4
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加L-天门冬酰胺。
比较例5
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加间苯二酚。
比较例6
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加甲醛。
实验结果
对实施例1-5和比较例1-3进行盐水通量和脱盐率测试，结果如表1所示。
表1盐水通量测试结果
从上述对比数据可以看出，通过本发明的方法所得的中空纤维膜其盐水通量得到明显提高。且采用实施例3的配比时所得到的脱盐膜的盐水通量与脱盐率最高。
将表1中的实施例3与实施例6-8进行对比，可以看出，当添加的L-天门冬酰胺量、还原剂以及交联剂过多时，也会对脱盐膜的盐水通量、脱盐率以及抗拉强度产生不利的影响。由此可以看出，实施例1-5添加的L-天门冬酰胺量、还原剂以及交联剂的量都需要控制在合理范围内，才能保证制得的脱盐膜具有良好的盐水通量、抗拉强度与脱盐率。
将表1中的实施例3的数据与比较例1-3进行对比，可以看出，不添加多孔碳纳米片时所得到的脱盐膜的盐水通量与脱盐率均不如添加了多孔碳纳米片的脱盐膜，说明通过添加多孔碳纳米片，有效的提高了脱盐膜的艳水通量、抗拉强度与脱盐率。另外，从比较例2和比较例3可以看出，多孔碳纳米片加量过大或过小均不利于脱盐膜的盐水通量、抗拉强度与脱盐率。由此可以看出，实施例1-5添加的多孔碳纳米片的量需要控制在合理范围内，才能保证制得的脱盐膜具有良好的盐水通量、抗拉强度与脱盐率。
将表1中的实施例3与对比例4-6进行单因素对比，可以看出在不添加L-天门冬酰胺还原剂或者交联剂时，制备的脱盐膜的盐水通量、脱盐率及抗拉强度均显著降低。这说明在本发明实施例的技术方案中，L-天门冬酰胺还原剂或者交联剂是不可或缺的，缺少任一因素均会对脱盐膜产生不利影响。本发明的实施例通过添加L-天门冬酰胺还原剂或者交联剂，显著提高了脱盐膜的盐水通量、脱盐率及抗拉强度。
总之，本发明的高通量中空纤维脱盐膜亲水性强、通量高、脱盐率高、强度好。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (8)
1.一种高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片1-5份、高分子树脂粉末25-35份、N,N-二甲基乙酰胺55-65份、亲水剂1-5份，致孔剂5-10份，所述多孔碳纳米片由氧化石墨烯分散至有机溶液中制得；
所述高通量中空纤维脱盐膜采用以下方法制备得到：
(A)将高分子树脂粉末、N,N-二甲基乙酰胺、亲水剂、致孔剂混合均匀后，再添加多孔碳纳米片继续混合搅拌均匀得到基膜；
(B)将所述基膜浸泡在温度为60-80℃的水相中50-70s，取出沥干水分后将其浸泡在有机相中50-70s，固化定型；
所述步骤(A)中的多孔碳纳米片的制备方法如下：将氧化石墨烯分散至有机溶液中分散均匀后，干燥制得；
所述有机溶液为乙醇、乙二醇中的任意一种或两种；
将所述氧化石墨烯分散至有机溶液中分散均匀后，依次加入L-天门冬酰胺、还原剂和交联剂搅拌混合均匀，得混合物溶液，然后再进行所述干燥；
所述交联剂为乙二醛、戊二醛、甲醛、硼酸以及硼砂中的一种或几种混合物；所述还原剂为间苯二酚、硼氢化钠、水合肼以及氢碘酸中的一种或几种混合物；
所述亲水剂为无水乙醇或吐温中的任意一种或几种；
所述致孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片2-4份、高分子树脂粉末27-33份、N,N-二甲基乙酰胺57-63份、亲水剂2-4份，致孔剂6-9份。
3.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，主要由以下原料制得：以质量份数计，多孔碳纳米片3份、高分子树脂粉末30份、N,N-二甲基乙酰胺60份、亲水剂3份，致孔剂8份。
4.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，所述高分子树脂粉末为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，所述步骤(B)中固化定型的步骤包括：加入固化剂，加热至50-70℃，固化定型110-130s。
6.根据权利要求5所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，所述固化剂溶质的浓度为2-3wt％，溶质为2-乙基丙烯酸乙酯。
7.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，所述水相中溶质的浓度为0.9-3wt％，溶质为哌嗪和十二烷基苯磺酸钠。
8.根据权利要求1所述的高通量中空纤维脱盐膜，其特征在于，所述有机相中溶质的浓度为1.5-4.5wt％，溶质为多元酰氯的有机物和甲苯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011015015.7A CN112221355B (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011015015.7A CN112221355B (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112221355A CN112221355A (zh) | 2021-01-15 |
| CN112221355B true CN112221355B (zh) | 2022-06-14 |
Family
ID=74107117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011015015.7A Active CN112221355B (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112221355B (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3558502A4 (en) * | 2016-12-20 | 2020-07-29 | Monash University | REVERSE OSMOSIS MEMBRANE AND MANUFACTURING PROCESS |
| CN109847586B (zh) * | 2018-12-20 | 2021-05-14 | 时代沃顿科技有限公司 | 高通量反渗透膜及其制备方法和用途 |
| CN109464917A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-15 | 德蓝水技术股份有限公司 | 氧化石墨烯改性中空纤维脱盐膜的制备方法 |
| CN110385048A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-10-29 | 大连理工大学 | 一种二维多孔碳纳米片混合基质膜及其制备方法 |
| CN110373165B (zh) * | 2019-06-28 | 2021-08-27 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司 | 氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用 |
-
2020
- 2020-09-24 CN CN202011015015.7A patent/CN112221355B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112221355A (zh) | 2021-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103977718B (zh) | 一种高水通量正渗透复合膜及其制备方法 | |
| CN102626593B (zh) | 一种耐酸碱抗污染超滤膜片的配方及其制备方法 | |
| CN109304088A (zh) | 一种耐强酸强碱的海水淡化膜及其制备方法与应用 | |
| WO2022000608A1 (zh) | 一种气凝胶复合膜及制备方法和应用 | |
| CN105797596B (zh) | 一种用于水净化的过滤膜的制备方法 | |
| CN108854588B (zh) | 一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法及应用 | |
| CN113069933B (zh) | 一种分离n,n-二甲基甲酰胺/水混合物的有机/无机复合膜及其制备方法 | |
| CN110559884A (zh) | 一种mil-101@pim-1复合渗透汽化膜及其制备方法和用途 | |
| CN113680326A (zh) | 一种磺酸COFs膜及其制备方法和应用 | |
| CN105582816A (zh) | 一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法 | |
| CN108479434A (zh) | 一种掺杂Li的HKUST-1膜材料的制备方法及应用 | |
| CN112221355B (zh) | 一种高通量中空纤维脱盐膜及其制备方法 | |
| CN112717731A (zh) | 一种离子导电膜及其制备方法 | |
| CN118253205B (zh) | 一种超大直通孔聚醚砜微孔滤膜及其制备方法 | |
| CN102512987B (zh) | 一种高通量的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法 | |
| CN106345316B (zh) | 一种抗酸性腐蚀的微孔滤膜 | |
| CN113893710B (zh) | 一种高通量聚乙烯水处理膜及其制备方法 | |
| CN107983159B (zh) | 基于金属有机骨架MIL-100(Fe)的醋酸纤维素共混中空纤维正渗透膜 | |
| CN108031304B (zh) | 基于金属有机骨架MIL-101(Cr)的平板式混合基质正渗透膜及制备方法 | |
| CN104801209A (zh) | 一种咪唑磺酸盐接枝型聚醚砜超低压纳滤膜 | |
| CN112337318B (zh) | 一种聚苯硫醚/多孔碳纳米纤维复合膜及制备方法 | |
| CN111777173A (zh) | 永久亲水mbr平板干膜的制备方法 | |
| CN108043245A (zh) | 基于金属有机骨架MIL-53(Fe)的醋酸纤维素共混中空纤维正渗透膜 | |
| CN107486034A (zh) | 一种蒙脱石改性聚氯乙烯中空纤维超滤膜及其制备方法 | |
| CN105032213A (zh) | 一种超滤膜、其制备方法及膜分离设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A high-throughput hollow fiber desalination membrane and its preparation method Granted publication date: 20220614 Pledgee: Beijing Bank Co.,Ltd. Urumqi Branch Pledgor: DELAND WATER TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024650000002 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |