[發明專利]一種分析測定聚酰胺薄層復合分離膜分離層結構參數的方法

有效

• 申請號: 202010087996.X
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111323355B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王志偉;文越;張星冉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01B21/08
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

本發明公開了一種分析測定聚酰胺薄層復合分離膜分離層結構參數的方法，屬于水處理技術領域。該方法首先通過有機溶劑將薄層復合分離膜的聚酰胺分離層與支撐層分離，將聚酰胺分離層附著在金芯片上，然后通過QCM的流動模塊與濕度模塊分別測量其上聚酰胺分離層在干燥氮氣條件、濕度條件、完全浸沒于水的條件下的質量變化，再結合TEM技術所得圖片中聚酰胺分離層膜的表面積差值，可以精確測量出聚酰胺分離層膜孔隙率、總厚度與葉片內在厚度結構參數；本發明方法通過將質量變化靈敏的QCM與傳統的TEM技術相耦合，精準地量化了薄層復合分離膜的關鍵截留層—聚酰胺分離層結構參數，突破了傳統電鏡法僅能從微觀尺度觀測聚酰胺分離層結構但結構參數難以量化的限制。

技術領域

本發明具體涉及一種分析測定聚酰胺薄層復合分離膜分離層結構參數的方法，屬于水處理技術領域。

背景技術

高壓膜分離技術是一種新型高效的分離技術，包括反滲透膜技術和納濾膜技術兩大類，主要通過壓力驅動，利用高壓滲透膜的選擇透過性，實現有效分離，具有凈化效率高、環境友好等優點，目前已被應用于諸多領域，如廢水深度處理、海水淡化、純水制備等。聚酰胺薄層復合分離膜具有分離效率高、耐化學腐蝕等優點，被廣泛的運用于反滲透膜和納濾膜分離領域。聚酰胺薄層復合分離膜主要由三層組成，表面為聚酰胺分離層、中間為超濾或微濾支撐層、底層為無紡布，該結構為膜的良好的機械強度和熱穩定性提供重要保證。其中，聚酰胺分離層的性質是決定膜的分離性能優劣的關鍵因素。在聚酰胺薄層復合分離膜技術應用過程中，面臨著膜通量和選擇性無法同時兼顧的困境，成為減少運行成本、節能減排的重要制約因素。因此，對聚酰胺分離層進行改性，優化基體物理化學性質和結構參數，制備高分離性能的分離膜、提高分離膜的水通量與選擇性，已經成為水處理領域的研究熱點。

目前已有大量關于聚酰胺薄層復合分離膜分離性能改性的相關報道。其中聚酰胺薄層復合分離膜的結構參數是影響膜性能的關鍵因素。因此，了解聚酰胺分離層的結構參數，將結構參數與膜分離性能建立聯系，可快速、準確、高效比較各薄層復合分離膜的分離性能優劣，為研究不同高壓膜的成膜及分離機理、有效篩選高性能薄層復合分離膜提供技術參考。但聚酰胺分離層具有觀察尺度小(厚度僅為50～300nm)、易損傷、難分離等特點，采用傳統電鏡法僅能從微觀尺度觀測聚酰胺分離層膜結構且難以直接對其結構參數進行量化。目前尚未有涉及到對于聚酰胺薄層復合分離膜的結構參數的量化分析測定的報道。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種分析測定聚酰胺薄層復合分離膜分離層結構參數的方法，本發明方法首先通過有機溶劑將薄層復合分離膜的聚酰胺分離層與支撐層分離，將聚酰胺分離層附著在金芯片上，然后通過QCM的流動模塊與濕度模塊，分別測量其上聚酰胺分離層在干燥氮氣條件、濕度條件、完全浸沒于水的條件下的質量變化，再結合TEM技術所得圖片中聚酰胺分離層膜的表面積差值，可以精確測量出聚酰胺分離層膜孔隙率、總厚度與葉片內在厚度結構參數；本發明方法通過將質量變化靈敏的QCM與傳統的TEM技術相耦合，精準地量化了薄層復合分離膜的關鍵截留層—聚酰胺分離層結構參數，包括膜孔隙率、膜葉片內在厚度重要參數，突破了傳統電鏡法僅能從微觀尺度觀測聚酰胺分離層膜結構且但其結構參數難以量化的限制因素。

為實現以上技術目的，本發明的技術方案是：

一種分析測定聚酰胺薄層復合分離膜分離層結構參數的方法，包括如下步驟：

(1)將干凈干燥的QCM金芯片裝入石英晶體微天平流動模塊，向石英晶體微天平流動模塊中通入干燥氮氣，待基線平穩后，記錄此時芯片振動頻率f₁，其中，氮氣流速為0.1～0.2mL/min，所選倍頻為第3、第5或第7；

(2)取出金芯片，將聚酰胺薄層復合分離膜膜面朝下覆蓋在金芯片上，逐滴加入有機溶劑至分離膜的支撐層和底層全部溶出，僅剩聚酰胺膜覆蓋在金芯片上，在真空干燥箱中烘干；將烘干后的金芯片裝入石英晶體微天平流動模塊，向石英晶體微天平流動模塊中通入干燥氮氣，待基線平穩后，記錄此時芯片振動頻率f₂，氮氣流速與所選倍頻與步驟(1)所述一致；