[發(fā)明專利]一種新型陶瓷-聚酰胺復(fù)合納濾膜及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108043236A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁恒;李潤波;朱學(xué)武;成小翔;唐小斌;甘振東;李圭白
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D71/56;C02F1/44
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明涉及一種新型陶瓷?聚酰胺復(fù)合納濾膜及其制備方法，先將陶瓷超濾膜水解活化，制備出表面帶羥基的陶瓷超濾膜；經(jīng)純水充分清洗烘干后，依次經(jīng)陽離子聚電解質(zhì)溶液和陰離子聚電解質(zhì)溶液浸泡，經(jīng)聚電解質(zhì)的靜電自組裝作用在水解后的陶瓷膜表面形成一層或多層聚電解質(zhì)過渡層；經(jīng)空氣吹干或自然陰干后，通過界面縮聚反應(yīng)在過渡層上形成聚酰胺分離層；最后經(jīng)熱處理得到陶瓷?聚酰胺復(fù)合納濾膜。制備出的復(fù)合納濾膜具有親水性好、通量大、穩(wěn)定性好、脫鹽率高、工藝簡單和可再生性等特點，適合規(guī)模化的陶瓷復(fù)合納濾膜的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型陶瓷-聚酰胺復(fù)合納濾膜及其制備方法，屬于膜材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)作為一種重要的飲用水安全保障技術(shù)，在飲用水和污水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。有機(jī)膜由于制備成本相對低廉，在飲用水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和研究，但穩(wěn)定性和使用壽命較短等缺陷也進(jìn)一步限制了其進(jìn)一步的推廣和使用。納濾是一種孔徑介于超濾與反滲透之間的以壓力差為驅(qū)動力的新型膜分離過程。無機(jī)陶瓷納濾膜與有機(jī)納濾膜相比，具有耐腐蝕、耐氧化性、機(jī)械強(qiáng)度高、無毒耐高溫和使用壽命長等優(yōu)勢，廣泛用于化工和環(huán)境等領(lǐng)域。

無機(jī)陶瓷膜的制備方法主要以溶膠-凝膠法為主，專利CN1443597A將濕化學(xué)法與燒結(jié)法相結(jié)合，制備出性能優(yōu)異的陶瓷超濾膜，但該方法不適用于孔徑較小的陶瓷納濾膜的制備。溶膠-凝膠法工藝簡單，可以在不同形狀和材料的基膜上制備薄膜，廣泛用于陶瓷超濾和納濾膜的制備。制備過程中通常在1-5μm的大孔氧化鋁支撐體上涂覆多層孔徑依次減小的過渡層來解決支撐體孔徑和溶膠粒徑不匹配的問題。但該方法制備出的膜孔徑和孔隙率難以控制，這些問題對于過濾精度更高的陶瓷納濾膜的制備就顯得更加突出。專利CN101265113A和CN103360080B中采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法，實現(xiàn)了對膜孔徑的有效控制，但制備過程相對復(fù)雜，成本較高。專利CN105771684A通過前驅(qū)體在陶瓷膜孔道中原位水解的方法減小陶瓷超濾膜的孔徑，制備出分離精度高的陶瓷納濾膜，但制備過程繁瑣。

通過溶膠法制備無缺陷的陶瓷納濾膜過程中通常需要解決膜分離層的納米孔徑和完整性兩個問題，且制備過程復(fù)雜對設(shè)備要求較高。此外，溶膠-凝膠法制備陶瓷納濾膜過程中，溶膠轉(zhuǎn)凝膠的干燥過程對膜層完整性影響至關(guān)重要，通常采用恒溫恒濕環(huán)境下干燥、分段干燥以及超臨界條件下干燥等措施來避免膜層開裂問題。目前陶瓷納濾膜還處于研究開發(fā)階段，國際上僅有少數(shù)膜公司提供商品化的陶瓷膜產(chǎn)品，盡管納濾膜使用壽命較長，但對其再生性國內(nèi)外還鮮有研究。同時，當(dāng)前膜陶瓷膜功能分離層的制備對生產(chǎn)設(shè)備和過程的控制要求極其嚴(yán)格，從而導(dǎo)致膜制備成本較高。因此，開發(fā)一種工藝簡單、成本低廉和高性能的陶瓷納濾膜技術(shù)顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有陶瓷納濾膜制備過程中分離功能層制備過程復(fù)雜、膜孔徑難以控制和膜層開裂以及壽命周期末膜的可再生性問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水通量高、穩(wěn)定性能好、脫鹽率高和可再生性的陶瓷-聚酰胺復(fù)合納濾膜及其制備方法。

本發(fā)明主要包括陶瓷超濾膜親水性改性、表面涂覆聚電解質(zhì)層以及聚酰胺層的制備，無機(jī)陶瓷膜和有機(jī)材料的結(jié)合不僅充分發(fā)揮陶瓷支持層和聚酰胺薄層各自的優(yōu)勢，還可根據(jù)原水水質(zhì)分別定制不同通量和脫鹽性能的復(fù)合膜，可廣泛用于飲用水、海水淡化和污水處理領(lǐng)域。