專利名稱：高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜材料領(lǐng)域，具體涉及具有高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水資源短缺、環(huán)境污染和能源危機(jī)是目前全球面臨的重大問題。在海水淡化、污水循環(huán)利用領(lǐng)域，膜材料已經(jīng)成為常規(guī)分離技術(shù)。其中，反滲透膜技術(shù)得到了大量的應(yīng)用。在反滲透過程中，操作壓力高，能耗也高。同時(shí)，反滲透過程回收率較低，在獲得純凈水的同時(shí)，產(chǎn)生大量的高含鹽廢水，給環(huán)境帶來二次污染。因此研究新一代綠色、低能耗、低污染的脫鹽技術(shù)日益受到關(guān)注，膜蒸餾技術(shù)就是其中之一。膜蒸餾過程是利用疏水分離膜材料為分離介質(zhì)，以膜兩側(cè)的蒸汽分壓差為推動(dòng)力，在遠(yuǎn)離水的沸點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)鹽水或廢水的濃縮而獲得純凈水的過程。實(shí)際上，膜蒸餾是一種以氣化和冷凝相結(jié)合的膜過程，水蒸氣由高蒸汽分壓處透過疏水膜。膜蒸餾過程的推動(dòng)力是膜兩側(cè)的蒸氣分壓差，疏水膜起到通氣和隔熱的作用，通氣就是使水蒸氣能夠自由的通過，而液體或固體卻無法通過。相對于其他脫鹽過程，膜蒸餾具有以下優(yōu)點(diǎn)1.對非揮發(fā)性組成選擇性高(離子、 高分子和膠體截留率100%) ；2.膜蒸餾可以在較低溫度下操作，從而可以利用低級熱，如太陽能、鍋爐循環(huán)水、核電廠發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的廢熱；3.可以處理高濃度的液體，如反滲透過程濃縮液等。盡管膜蒸餾具有這些比較明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是目前為止膜蒸餾過程仍然沒有工業(yè)化。主要原因有兩個(gè)(1)膜材料的問題，現(xiàn)有的商業(yè)疏水膜材料一般都不是為膜蒸餾而設(shè)計(jì)的，如聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯膜等，這些膜在孔隙率和孔徑分布等方面不能滿足膜蒸餾的要求，導(dǎo)致其水通量較低，因此無法得到工業(yè)化應(yīng)用；( 由于膜的疏水性不足，導(dǎo)致膜孔的潤濕，膜的有效蒸發(fā)面積下降，通量降低，以及鹽透過膜最終導(dǎo)致截留率下降。所以如何設(shè)計(jì)膜材料，增強(qiáng)膜的疏水性是提高膜通量和解決膜孔潤濕問題的關(guān)鍵。在膜蒸餾過程中，原料液必須要與膜接觸形成氣液界面，蒸氣由膜孔滲透。為了避免液體穿過膜孔，操作壓力必須低于液體穿透壓力(LEP)，LEP值可以通過Laplace-Young 方程測定
Γ 1 T cn 2 γ COS0
權(quán)利要求
1.一種高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于該材料以超濾或微濾膜材料為基礎(chǔ)膜材料，通過干燥以及采用等離子體對所述基礎(chǔ)膜材料表面進(jìn)行清洗和刻蝕預(yù)處理后，再采用改性材料通過氣相、液相或等離子態(tài)對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性而獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于所述基礎(chǔ)膜材料為沸石分子篩、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯氰或聚酰胺膜；所述改性材料為C1 w飽和烷基三氯硅烷、C1 18飽和烷基三乙氧基硅烷、C1 18飽和全氟化烷基三甲氧基硅烷、C1 …飽和全氟化烷基三乙氧基硅烷、四氟化碳或八氟化四碳中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于所述超濾或微濾膜材料的孔徑范圍為1 10000納米，優(yōu)選為10 5000納米，更優(yōu)選 20 1000納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于所述干燥的溫度為20 70°C，干燥時(shí)間為10 120min，優(yōu)選10 60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于對所述基礎(chǔ)膜材料表面進(jìn)行清洗和刻蝕預(yù)處理的等離子體選自氧氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣、八氟化四碳、四氟化碳或二氧化碳中的一種或幾種；所述預(yù)處理在等離子體腔中進(jìn)行，預(yù)處理時(shí)功率為10 1000W，時(shí)間為1 120min，腔內(nèi)壓力為100 500mTorr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于采用等離子態(tài)對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性的過程在等離子體腔中進(jìn)行，其中等離子體腔內(nèi)壓力為10 IOOOmTorr,功率為10 lOOOw，反應(yīng)時(shí)間為5s 120min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于采用液相對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性過程中，溶劑為四氫呋喃、水、甲醇、乙醇、丁醇、 二氯乙烷、甲苯、乙醚、DMS0、己烷、環(huán)己烷、丙酮、甘油中的一種或幾種，溶質(zhì)為C1^18飽和烷基三氯硅烷、C1 18飽和全氟化烷基三甲氧基硅烷或C1 18飽和全氟化烷基三乙氧基硅烷， 溶質(zhì)濃度為0. 01 IOOOmM,處理時(shí)間為0. 1 Mh ；采用氣相對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性的過程在真空干燥箱中進(jìn)行，真空度為0. 01 0. 9MPa，處理時(shí)間為0. 1 72h，優(yōu)選 0. 5 Mh。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料，其特征在于所述高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料的膜外表面接觸角大于126°，內(nèi)表面接觸角大于等于100° ；膜的水通量在46kg HT2IT1以上，膜材料對鹽的截留率為100%。
9.一種高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料的制備方法，其特征在于以超濾或微濾膜材料為基礎(chǔ)膜材料，通過干燥以及采用等離子體對所述基礎(chǔ)膜材料表面進(jìn)行清洗和刻蝕預(yù)處理后，再采用改性材料通過氣相、液相或等離子態(tài)對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性。
10.權(quán)利要求1所述的高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料在直接接觸式膜蒸餾、吹掃氣膜蒸餾或真空膜蒸餾過程中的應(yīng)用，或者在海水處理、工業(yè)廢水處理、生物質(zhì)溶液濃縮、蛋白質(zhì)溶液濃縮或果汁濃縮方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料及其應(yīng)用，該材料以超濾或微濾膜材料為基礎(chǔ)膜材料，通過干燥以及采用等離子體對所述基礎(chǔ)膜材料表面進(jìn)行清洗和刻蝕預(yù)處理后，再采用改性材料通過氣相、液相或等離子態(tài)對所述基礎(chǔ)膜材料的表面進(jìn)行改性而獲得。本發(fā)明公開了一種新型的經(jīng)過疏水表面改性的中空纖維膜材料，具有高水通量，高截留率，并且膜材料的穩(wěn)定性高。本發(fā)明制備的膜可用于直接接觸式膜蒸餾或者氣掃式膜蒸餾，真空膜蒸餾處理海水、反滲透濃排水、工業(yè)廢水、生物質(zhì)溶液、蛋白質(zhì)溶液、果汁。
文檔編號C02F1/08GK102228801SQ201110126410
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者何濤, 姜標(biāo), 李晶, 李雪梅, 馬宇春, 魏星 申請人:上海中科高等研究院, 何濤