高性能内压式中空纤维纳滤膜的制备及其性能 .pdfVIP

高性能内压式中空纤维纳滤膜的制备及其性能

中空纤维纳滤膜(NF)膜在海水软化和废水回收利用等方面已经被

广泛应用.内压式中空纤维(HF)NF膜因其填充密度大,皮层不易被破坏

等特点具有广阔的发展前景.以自制的聚砚(PSf)HF超滤(UF)膜为基膜,

采用界面聚合(IP)法,分别以哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相和

油相单体﹐以十二烷基硫酸钠(SDS)和三乙胺(TEA)为水相添加剂,在基

膜内表面完成IP反应,制备出内压式HFNF膜.考察了水相流速、氮气

吹扫时间、PIP浓度以及TEA浓度对内压式HFNF膜分离性能的影响.

结果表明,最优条件下制备的内压式HFNF膜在0.4MPa的测试条件下,

对于2000mg/L的硫酸钠(Na.SO,)溶液中的NagSO。截留率可达

97.3%,水渗透率达93L/(m2·h·MPa);对于2000mg/l.的硫酸锌

(ZnSO,)、硫酸锰(MnSO)溶液中的ZnSO.,MnSO。的截留率均达到

93%以上.所制备的内压式HFNF膜有良好的耐污染性能和耐氯性能。

中空纤维纳滤膜(NF)是一种高效的压力驱动膜技术,孔径和截留性

能介于超滤(UF)膜和反渗透(RO膜之间叩,纳滤膜孔径范围为0.5~2nm,

截留分子量一般为200~1000。

1.NF膜可以广泛应用于水处理、食品.化工.造纸以及纺织等行

业.NF膜的分离性能主要取决于孔径带来的机械筛分作用以及NF膜表

面电荷带来的静电排斥作用。

2.基于以上两种作用,NF技术可以实现水溶液中的二价离子和小分

子有机物与一价离子的分离。

3.界面聚合(IP)法是目前最常用的制备NF膜的方法.通过将多孔基

膜的表面分别与水相单体溶液和油相单体溶液接触,两相单体会在相界

面处发生IP反应,制得薄层复合(TFC)NF膜。

目前,大多数的NF膜是平板式,需要无纺布支撑.中空纤维纳滤

(HFNF)膜凭借自支撑结构,无需无纺布,以及比表面积高.堆叠密度高、

耐污染等特点,近年来引起了广泛关注2.对于HFNF膜,IP过程可以发生

在中空纤维基膜的内表面和外表面,分别制得内压式和外压式HFNF膜

[8.在外压式HFNF膜的生产过程中,常常使用涂敷1-11、一步成型法，

但在生产过程中,膜丝外表面之间易发生相互摩擦,使涂敷的水相或者油

相溶液在基膜表面分布不均匀,进而造成生成的聚酰胺(PA)层不均匀,使

得NF膜性能不稳定.此外,在外表面上生成的PA层也容易相互黏附和

摩擦,产成缺陷，内压式HFNF膜由于是在HF基膜的内表面发生IP过

程,制膜和组件制备过程中PA层不会相互黏附和摩擦,所以制备出的内

压式HFNF膜缺陷较少,比外压式HFNF膜有优势.内压式HFNF膜的制

备通常采用涂敷的方法。

在NF膜的制备过程中,IP过程的参数,例如单体浓度、单体种类、

温度、环境湿度、反应时间.水相和油相中的添加剂等都会对NF膜的

性能造成影响.IP反应主要发生在两相界面的有机相一侧,较高的水相单

体浓度会加快水相单体自水相向两相界面的扩散速率,由此会加快PA层

的形成[16;同时水相单体浓度也会影响所形成PA层的厚度、致密程度

和表面电荷等性质.

表面活性剂、相转移催化剂和共溶剂等常用作水相或油相添加剂,

用以调控P过程,以此来制备具有更高性能的RO或者NF膜十二烷基

硫酸钠(SDS)是常用的表面活性剂[2-22,在水相中添加SDS,可以有效减

小支撑层与水相之间的界面张力，确保水相溶液润湿整个支撑层表面,

由此可以生成均匀的PA层.在水相中添加适量的SDS还可以调节水相

单体的扩散速率,从而制备出性能更加优良的NF或RO膜.相转移催化

剂具有提高反应单体穿过水–油相界面的能力,以此来调控IP过程R.三

乙胺(TEA)是IP法制备复合膜过程中常用的相转移催化剂.研究人员还

探究了其它相转移催化剂,Jegal等发现,在水相中添加三乙基苄基溴化