多层聚酰胺复合膜的制备及其特性

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第３３卷第９期２００７年９月

水处理技术

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴ

Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．９Ｓｅｐ．，２００７

多层聚酰胺复合膜的制备及其特性

蔡邦肖

（浙江工商大学食品、生物与环境工程学院膜科学与工程研究所，浙江杭州３１００３５）

摘

要：聚酰胺（ＰＡ）具有特定的反渗透（ＲＯ）淡化海水和渗透汽化（ＰＶ）分离有机物混合物的优良性能。本研究

采用水相含单体间苯二胺（ｍ－ＰＤＡ）和有机相含单体均苯三甲酰氯（ＴＭＣ）体系，通过多次界面缩聚（ＩＰＣ）工艺，制成了以ＲＯ用的ＰＡ复合膜作为多孔支撑膜的多层ＰＡ（ＭＬ－ＰＡ）复合膜。分别用原子力显微镜（ＡＦＭ）和扫描电平均面粗糙度，都子显微镜（ＳＥＭ）观察了ＭＬ－ＰＡ膜的微结构。ＭＬ－ＰＡ膜的厚度、ＰＡ高分子微囊聚集的致密程度、随着ＩＰＣ反应次数的增加而显著提高。改变制备工艺参数，例如水相中单体和有机相中交联剂的浓度、ＩＰＣ反应的温度和时间、以及ＩＰＣ反应的次数，可以得到不同分离性能的ＭＬ－ＰＡ复合膜。当在ｍ－ＰＤＡ浓度为２．０％的水溶液中浸渍２０ｍｉｎ，然后在ＴＭＣ浓度为０．５％的正己烷溶液中浸渍２０ｓ，ＩＰＣ反应５次，每次反应温度均为４０℃，获得的

ＭＬ－ＰＡ复合膜在室温（２５℃）下ＰＶ分离浓度为８８．２％的异丙醇（ＩＰＡ）水混合物时，渗透通量接近３０．０ｇ／ｍ２ｈ，渗

透物中的水含量大于９９．０％。

关键词：聚酰胺；ＩＰＣ；复合膜；反渗透；渗透汽化中图分类号：ＴＱ０２８．８

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－３７７０（２００７）０９－０１６－０５

工业应用的优良分离性能的反渗透（ＲＯ）或纳

滤（ＮＦ）复合膜大多是通过多元胺和多元酰氯在聚砜（ＰＳ）多孔膜的表面ＩＰＣ聚酰胺（ＰＡ）而成［１－５］。ＰＡ膜的制备方法通常是：将ＰＳ多孔支撑膜先在多元胺水溶液中浸渍一定的时间后，在环境温度下干燥，然后将它浸入含酰氯化合物的有机溶液中，经过在一定的温度下固化获得ＰＡ膜成品。

ＰＡ高分子上联结芳香基团的是亲水基团，即能与水分子形成氢键，具有较强极性的酰胺基（－ＮＨ－ＣＯ－）。因此，ＰＡ膜中尽管有机物的溶解度高于水，但是水的扩散性大于有机物［６］。正是由于ＰＡ的这种优先选择透水性，ＰＡ复合膜才能成为ＲＯ淡化海水性能优异的分离膜。但是，ＲＯ用的非对称性ＰＡ膜用于ＰＶ过程，尽管该膜的孔尺寸很小，由于其多孔结构的特性，对有机物水混合物没有分离能力。直接将ＲＯ脱盐用的ＰＡ复合膜进行有机溶剂处理，可以获得结构致密的具有良好ＰＶ分离性能的改性ＰＡ膜［７－８］。将通过相变法制成的ＰＡ－６的多孔膜作为支撑膜，采用浸渍工艺，多次将ＰＡ－６膜先后浸入壳聚糖

（Ｃｈｉ）或聚醚酰亚胺（ＰＥＩ）聚阳离子和聚丙烯酸（ＰＡＡ）或藻朊酸（Ａｌｇ）、聚苯乙烯磺酸（ＰＳＳ）聚阴离子的水溶液，制成具有多次复合聚阳、阴电介质双层分离膜的ＰＡ－６／聚电介质复合膜［９］。在ＰＡ－６多孔膜表面经过六次复合ＰＥＩ－Ａｌｇ双层的复合膜，ＰＶ分离异丙醇（ＩＰＡ）（８８％）／水混合物时，分离因子（α）≥１００００，

２

达３００ｇ／ｍ ｈ。这种膜的性能取决于聚电渗透通量（Ｊ）介质的类型和双层膜的复合次数。将聚合成的芳香ＰＡ

材料通过相变法浇铸成ＰＡ／ＰＳ复合膜［１０－１１］，该膜ＰＶ分

２

离乙醇水混合物的α达３０～６０，ｈ。通过Ｊ＞３００ｇ／ｍ 改变ＰＡ膜的凝胶介质制成的ＰＡ／ＰＳ复合膜［１２］，蒸汽渗透（ＶＰ）法分离ＩＰＡ水混合物时，具有与文献［９］相当的性能。

显然，以ＰＡ为材料的分离膜在ＰＶ分离有机物水混合物时具有显著的优先透水的特性。因此，改进ＰＡ膜的成膜工艺，开发新型的高分离性能的ＰＡ分离膜具有十分重要的意义。本文基于ＩＰＣ工艺可以制备均相、致密分离膜的思想，采用以工业化生产的ＲＯ用高脱盐率ＰＡ复合膜为支撑膜，以ｍ－ＰＤＡ和ＴＭＣ

收稿日期：２００７－０３－０５

基金项目：浙江省自然科学基金重点重大资助项目（ＺＣ０２０４）作者简介：蔡邦肖（１９４９－），男，教授，主要从事膜科学及其应用工程的教学科研工作联系电话：０５７１－８８０７１０２４－７５７０；Ｅ－ｍａｉｌ：ｉｍｓｅ＠ｍａｉｌ．ｚｊｇｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

蔡邦肖，多层聚酰胺复合膜的制备及其特性为单体，通过多次ＩＰＣ工艺，制备具有超薄多层结构的有机物水混合物分离用的ＰＡ复合膜。

１５０℃，进样量２μＬ。

膜的ＰＶ分离性能用Ｊ和α表征：

Ｊ＝Ｗ／（Ａｔ）

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１

１．１

试验部分

成膜材料与化学试剂

（１）

制备多层聚酰胺（ＭＬ－ＰＡ）复合膜的支撑膜是由中国汇通源泉环境科技有限公司提供的ＲＯ苦咸

水淡化的ＵＬＰ１１型ＰＡ复合膜，ＲＯ脱盐率（Ｒ）为９８．２％，透水量为１．８ｍ３／ｍ２ ｄ。

试验用的化学试剂主要有：间苯二胺（ｍ－ＰＤＡ，分析纯，上海宝瑞化工有限公司），均苯三甲酰氯（ＴＭＣ，分析纯，上海嘉辰化工有限公司），正己烷（分析纯，杭州炼油厂）。１．２

多层复合膜的制备工艺

［１３］

＝（Ｙｗ／ＹＩＰＡ）／（Ｘｗ／ＸＩＰＡ）（２）α

式（１）中，Ｗ为渗透液重量ｇ；Ａ为有效膜面积ｍ２；

（２）中，ｔ为渗透液样品收集时间ｈ。式Ｘ、Ｙ分别表示原料液和渗透液浓度，下标ｗ和ＩＰＡ分别表示组

份水和ＩＰＡ的质量分数。试验中也采用渗透物（Ｐ）中水的质量浓度（ＣＷ，％）表示膜对料液为有机物Ｐ，水混合物的分离效果。１．４

膜的微结构观察

商品ＰＡ膜和所制备的多层复合膜的表面结构形貌，分别采用日立公司生产的Ｓ－５７０型带ＰＶ９９００谱仪能的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和日本ＳｅｉｋｏＩｎ－ｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃ生产的ＳＰＡ－４００ＳＰＭＵＩＮＴＳＰＩ３８００型原子力显微镜（ＡＦＭ）进行观察。在ＳＥＭ测试中，膜样品经液氮冷冻、镀金处理。在ＡＦＭ试验中膜样品需先经红外灯下干燥处理。

采用ＩＰＣ工艺将有机单体ｍ－ＰＤＡ和ＴＭＣ在ＲＯ用的ＰＡ复合膜表面反应形成致密的ＰＡ分离膜。多层ＰＡ复合膜的制备工艺由以下步骤组成：（１）缩聚反应单体溶液的配制：用去离子水配制一定浓度的ｍ－ＰＤＡ的水相溶液，用正己烷配制一定浓度的ＴＭＣ的有机相溶液；（２）ＰＡ复合膜的ＩＰＣ反应：首先，将作为多孔支撑膜的ＲＯ用ＰＡ复合膜浸泡在ｍ－ＰＤＡ水溶液中，浸泡一定的时间后取出、晾干，再将其在设定的时间内浸泡在ＴＭＣ的正己烷溶液中；（３）复合膜的热处理：将经过有机单体浸泡处理的ＰＡ复合膜，在常温或高温下处理，使之完成交联反应，从而在用作支撑体的ＲＯ膜表面形成新的一层ＰＡ膜。热处理温度除非另有说明，均采用４０℃下红外灯加热；（４）重复上述步骤（２～３）的操作，使ＰＡ膜表面经过２次或２次以上的多次ＩＰＣ反应，最后制成具有多层ＰＡ结构的复合膜。１．３复合膜的分离性能测试

在自行设计制造的ＰＶ实验装置上测试膜的分离性能。ＰＶ装置的工艺流程见文献［１４］。在将实验用膜装入测试池后，启动料液泵，使系统中的分离膜表面与料液接触浸润一定时间后再 …… 此处隐藏：10591字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……