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納濾膜的表層較反滲透膜疏松得多,較超濾膜的表層又要致密得多。因此,納濾膜制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度,以形成大量具有納米級(jí)(10-9m)的表層孔。目前,主要有以下四種制備方法。下面跟著沁森高科小編來了解一下史上最全納濾膜的生產(chǎn)方法,看這一篇就夠了!
納濾膜的制備方法
一、轉(zhuǎn)化法
轉(zhuǎn)化法又分為超濾膜轉(zhuǎn)化法和反滲透膜轉(zhuǎn)化法兩種。
1. 超濾膜轉(zhuǎn)化法
納濾膜的表層較超濾膜致密,故可以調(diào)節(jié)制膜工藝條件先制得較小孔徑的超濾膜,然后對(duì)該膜進(jìn)行熱處理、荷電化后處理使膜表面致密化,而得到具有納米級(jí)表層孔的納濾膜。
利用此法,高田耕一等人先制得小孔徑的聚β-氯苯乙炔(PPCA)超濾膜,再對(duì)該膜熱處理,最后用發(fā)煙硫酸磺化,制得PPCA納濾膜。該膜在0.4MPa壓力下,對(duì)聚乙烯醇-1000的截留率高達(dá)94%,水通量為1.3m3/(m2·d)。
2. 反滲透膜轉(zhuǎn)化法
納濾膜的表層較反滲透膜疏松,可以在充分研究反滲透膜制膜工藝條件的基礎(chǔ)上,調(diào)整合適的有利于膜表面疏松化的工藝條件,如鑄膜液中添加劑的選擇,各成分的比例及濃度等,使表層疏松化而制得納濾膜。LP-300低壓膜就是在PA-300反滲透膜的基礎(chǔ)上制備成功的,低壓NS-300膜也是在此思路下制備成功的。
二、共混法
將兩種或兩種以上的高聚物進(jìn)行液相共混,在相轉(zhuǎn)化成膜時(shí),由于它們之間以及它們?cè)阼T膜液中溶劑與添加劑的相容性差異,影響膜表面網(wǎng)絡(luò)孔、膠束聚集體孔及相分離孔的孔徑大小及分布,通過合理調(diào)節(jié)鑄膜液中各組分的相容性差異及研究工藝條件對(duì)相容性的影響,制備具有納米級(jí)表層孔徑的合金納濾膜。例如將來源廣,價(jià)格低,成膜性能好,但化學(xué)、熱穩(wěn)定性差,易降解,壓密性較差的醋酸纖維素(CA)與在乙酰化程度及分子鏈排列的規(guī)整性方面與CA有一定差異,但具有較好的機(jī)械強(qiáng)度,同時(shí)具有優(yōu)異的生物降解性,熱穩(wěn)定性的三醋酸纖維素(CTA)共混,可制得性能優(yōu)良的醋酸-三醋酸纖維素(CA-CTA)納濾膜。
三、復(fù)合法
復(fù)合法是目前用得最多也是最有效的制備納濾膜的方法,也是生產(chǎn)商品化納濾膜品種最多,產(chǎn)量最大的方法。該方法就是在微孔基膜上復(fù)合上一層具有納米級(jí)孔徑的超薄表層。它包括微孔基膜的制備,超薄表層的制備和復(fù)合。
1. 微孔基膜的制備
微孔基膜主要有兩種制備方法。一種是燒結(jié)法,可由陶土或金屬氧化物(如Al2O3,Fe2O3)高溫?zé)Y(jié)而成,也可由高聚物粉末(如PVC粉)熱熔而成。另一種是L-S相轉(zhuǎn)化法,可由單一高聚物形成均相膜,如聚砜超濾膜,也可由兩種或兩種以上的高聚物經(jīng)液相共混形成合金基膜,如含酞基聚芳醚酮與聚砜(PEKC-PSF)合金膜。
2.超薄表層制備及復(fù)合
超薄表層的制備及復(fù)合方法有涂敷法、界面聚合法、化學(xué)蒸氣沉積法、動(dòng)力形成法、水力鑄膜法、等離子體法、旋轉(zhuǎn)法等。后三者正處于研究中,現(xiàn)主要介紹四種。
(1)涂敷法 涂敷法是將鑄膜液直接刮到基膜上,可借助外力將鑄膜液輕輕壓入基膜的大孔中,再利用相轉(zhuǎn)化法成膜。
對(duì)無機(jī)鑄膜液,如氧化鈦可先將顆粒細(xì)小均勻的Ti(OH)4膠體沉淀在無機(jī)膜(如微孔Al2O3基膜)上,再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)時(shí),由于其在溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化時(shí)晶型發(fā)生變化很容易形成納米級(jí)孔,因此很易通過控制燒結(jié)溫度制得具有納米級(jí)表層孔的無機(jī)復(fù)合膜。
對(duì)高聚物鑄膜液,涂刮到基膜上后,經(jīng)外力將鑄膜液壓入基膜的微孔中,再經(jīng)L-S相轉(zhuǎn)化成膜,該方法的關(guān)鍵是合理選擇鑄膜液配方,如加入高分子添加劑及鑄膜液的壓入程度等工藝條件以形成納米級(jí)孔徑。
另外,還可用此法將兩種鑄膜液結(jié)合起來形成有機(jī)-無機(jī)雙活性層納濾膜,以使有機(jī)、無機(jī)雙活性層達(dá)到膜性能上的互補(bǔ)作用。
(2)界面聚合法 這是目前世界上最有效的制備納濾膜的方法,也是生產(chǎn)工業(yè)化納濾膜品種最多、產(chǎn)量最大的方法。這類工業(yè)膜主要有NF系列、NTR系列、UTC系列、ATF系列、MPT系列、MPF系列及A-15膜等。
該方法就是利用P.W. Morgan的界面聚合原理,使反應(yīng)物在互不相溶的兩相界面發(fā)生聚合成膜。一般方法就是用微孔基膜吸收溶有單體或預(yù)聚體的水溶液,瀝干多余鑄膜液后,再與溶有另一單體或預(yù)聚體的油相(如環(huán)己烷)接觸一定時(shí)間,反應(yīng)物就在兩相界面處反應(yīng)成膜。為了使膜的性能更佳,這樣制得的膜還要經(jīng)水解荷電化、或離子輻射、或熱處理等后處理。
該方法的關(guān)鍵是選擇好鑄膜液配方和控制好反應(yīng)物在兩相中的分配系數(shù)和擴(kuò)散速率以使膜表面的疏松程度合理化。
(3)化學(xué)蒸氣沉淀法 先將一化合物(如硅烷)在高溫下變成能與基膜(如微孔Al2O3基膜)反應(yīng)的化學(xué)蒸氣,再與基膜反應(yīng)使孔徑縮小成納米級(jí)而形成納濾膜。
(4)動(dòng)力形成法 利用溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)化原理首先將一定濃度的無機(jī)或有機(jī)聚電解質(zhì),在加壓循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)中,使其吸附在多孔支撐體上,由此構(gòu)成的是單層動(dòng)態(tài)膜,通常為超濾膜,然后需在單層動(dòng)態(tài)膜的基礎(chǔ)上再次在加壓閉合循環(huán)流動(dòng)體系中將一定濃度的無機(jī)或有機(jī)聚電解質(zhì)吸附和凝集在單層動(dòng)態(tài)膜上,從而形成具有雙層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)納濾膜。
幾乎所有的無機(jī)或有機(jī)聚電解質(zhì)都可以作為動(dòng)態(tài)膜材料。無機(jī)類材料有Al3+、Fe3+、Si4+、Th4+、V4+等離子的氫氧化物或水合氧化物;有機(jī)類有聚丙烯酸、聚乙烯磺酸、聚丙烯酰胺等。通過控制合適的循環(huán)液組成及濃度,加壓方式等條件,可制得高水通量的納濾膜。
影響動(dòng)態(tài)膜性能的主要因素有:多孔支撐基體的孔徑范圍,無機(jī)或有機(jī)聚電解質(zhì)的類型、濃度和溶液的pH值。
四、荷電化法
荷電化法是制備納濾膜的重要方法。膜通過荷電化不僅可提高膜的耐壓密性、耐酸堿性及抗污染性,而且可以調(diào)節(jié)膜表面的疏松程度,同時(shí)利用道南離子效應(yīng)可分離不同價(jià)數(shù)的離子,大大提高膜材料的親水性,制得高水通量的納濾膜。
荷電膜大體可分為兩類:一類是表層荷電膜,另一類是整體荷電膜。
荷電化的方法很多,并且為了制得高性能的納濾膜,往往將荷電化法和其他方法如共混法、復(fù)合法結(jié)合。大體上有以下幾種主要方法。
1. 表層化學(xué)處理
該方法可先將帶有反應(yīng)基團(tuán)的聚合物制成超濾膜,再用荷電性試劑處理表層以縮小孔徑,如氯甲基化/季銨化聚砜膜;也可用具有強(qiáng)反應(yīng)基的荷電試劑如發(fā)煙硫酸直接處理膜表層使其荷電化,該法主要用于制備表層荷電膜,如聚砜改性膜等。
2. 荷電材料通過L-S相轉(zhuǎn)化法直接成膜
如磺化聚砜膜、氯化聚砜膜等。
3. 含浸法
該方法是將基膜浸入含有荷電材料的溶液中,再借助于熱、光、輻射、加入離子等方法使之交聯(lián)成膜,這類膜有UTE系列膜等。這里膜基體和荷電材料基本上是物理結(jié)合。
4. 成互聚合法
該方法是將基膜浸入一種聚電解質(zhì)和一種高分子的共溶液中,取出使之在一定條件下成膜。這類膜有聚陰離子膜和聚陽離子膜。聚陰離子一般為堿金屬的磺酸鹽,聚陽離子一般為聚苯乙烯三甲基氯胺,這種膜在較低壓力下,可以從蔗糖(Mw 為342)中分離葡萄糖(Mw 為180)。
目前工業(yè)上的納濾膜大都是荷電膜。這種膜的制膜關(guān)鍵是根據(jù)被分離對(duì)象的性質(zhì)決定荷陰電還是荷陽電,并要控制好離子交換容量(I.E.C值)及膜電位等以上就是小編給大家講解的史上最全納濾膜的生產(chǎn)方法,看這一篇就夠了!四種方法造就了受歡迎的納濾膜的知識(shí),相信您看了之后也一定會(huì)有一個(gè)大概的了解。想了解更多相關(guān)納濾膜知識(shí),請(qǐng)閱讀《更換家用反滲透膜時(shí)需要注意什么?看看專業(yè)廠家怎么說》