(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210503655.5
(22)申请日 2022.05.10
(71)申请人 广东奥斯博膜材料技术有限公司
地址 515000 广东省汕头市保税区N1路北
端津贝特大厦2栋2楼
(72)发明人 李莉 郑周华 苏文浩 程海涛
(74)专利代理机构 广州正明知识产权代理事务
所(普通合伙) 44572
专利代理师 成姗
(51)Int.Cl.
B01D 63/00(2006.01)
B01D 63/06(2006.01)
B01D 71/68(2006.01)
B01D 71/56(2006.01)
C02F 1/44(2006.01)
(54)发明名称
一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件
及其制备方法
(57)摘要
种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件及其制
备方法。本发明膜元件包括由5层不同水处理膜
组成的水处理膜组，并对水处理膜层叠顺序进一
步限定，水处理膜制备通过调节水相和油相组
成，以及后处理工艺进行改进，提高膜的通量及
脱盐性能。制作的高压分离膜元件可以在高压或
高浓度盐水的运行环境中使用，并提高了水通量
及脱盐率。本发明高压分离膜元件可应用于海水
淡化和近零排放的浓缩工业废水的处理中，满足
水处理运行环境的更高需求。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 115105958 A 2022.09.27
C N 115105958
A
1.一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，包括5层不同水处理膜组成的水处理膜组，所述水处理膜组的膜按照NS ‑1膜、NS ‑2膜、NS ‑3膜、NS ‑2膜、NS ‑1膜顺序依次层叠；
所述NS ‑1膜、NS ‑2膜或NS ‑3膜任意一种水处理膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚砜与N，N ‑二甲基甲酰胺混合，搅拌溶解成均一铸膜液，离心脱泡，将铸膜液直接刮在无纺布后，浸入冰水浴中沉淀出聚砜层，洗去溶剂得到支撑层膜片； S2、将步骤S1所得膜片浸入水相溶液中，取出沥干再浸入油相溶液进行界面聚合，沥干表面溶液，将所得膜片漂洗，再进行溶液后处理和保护； kkk43其中，所述NS ‑1和NS ‑2膜的制备步骤S2所述水相组成质量百分比为：哌嗪1.98～
1.998％、间苯二胺0.002～0.02％、三乙胺盐酸盐0.5～0.7％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.09～0.135％均苯三甲酰氯、0.01～0.015％均苯四甲酰氯、余量为石脑油；
所述NS ‑3膜的制备步骤S2中所述水相组成质量百分比为：间苯二胺1.8～2.2％、三乙胺盐酸盐0.5～0.7％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.09～0.135％均苯三甲酰氯、0.01～0.015％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。
2.根据权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，所述水处理膜的制备步骤S1中所述聚砜质量分数为15～17％，N，N ‑二甲基甲酰胺质量分数为83～85％，铸膜液粘度范围在400～470mPa ·s，离心脱泡0.5～1h，聚砜层厚度为20～30μm。
3.根据权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，所述水处理膜的制备步骤S2中所述的将支撑层膜片浸入水相溶液中15～25s，取出沥干表面残留溶液，再将整个膜片浸入油相溶液中50～70s进行界面聚合反应，形成聚酰胺层，沥干进行后续处理。
4.根据权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，所述水处理膜的制备步骤S2中所述漂洗采用去离子水，漂洗时间为5～10min。
5.根据权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，所述水处理膜的制备步骤S2中所述的后处理中，NS ‑1膜和NS ‑3膜是过质量分数为5％～8％NaHSO 3溶液，处理3‑8min，浸入质量分数为3％～8％甘油溶液保护5‑10min；NS ‑2膜是过1000～3000ppmNaClO溶液处理2～6min，再浸入3～8％乳酸溶液保护5～10min。
6.根据权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，其特征在于，所述元件制作方法包括：将所述水处理膜组、以及进水格网、产水格网围绕产水中心管卷制，并与端盖、外壳封装而成。
7.权利要求1所述的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件在处理海水淡化和浓缩工业废水方面的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用中压力＞3.9MPa，盐浓度＞5％。
权 利 要 求 书1/1页CN 115105958 A
一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件及其制备方法。
背景技术
[0002]近年来工业化迅速发展，造成用水量急剧增加，而全球水资源有限，部分地区水资源更是匮乏，当务之急是减少水资源污染和浪费，提高水资源循环利用率，工业废水近零排放是目前研究的热门技术。在废水处理的各类技术中，纳滤膜技术具有选择透过性、操作条件温和、工艺过程简单、成本低等特点受到广泛关注。
[0003]纳滤(NF)膜是介于反渗透(RO)和超滤(UF)膜之间的一种膜，纳滤膜的运行环境对其性能影响非常大，主要受运行压力、进水水质、温度、pH值等的影响因素。进水压力影响NF 膜的产水通量和脱盐率，渗透是指水分子从稀溶液侧透过膜进入浓溶液侧的流动，纳滤技术即在进水水流侧施加操作压力以克服自然渗透压。当施加在膜上的驱动力压力增大时，膜会被压实，且膜自身阻力将增加，随着膜两侧压力的增大，膜两侧溶液浓度会构成浓差极化现象，形成反向渗透压。因此当操作压力增大时，透过膜的通量和脱盐率不一定单调递增，达到一定程度后将不再增加，两者间变化没有线性关系。另外，当进水盐浓度提高，会加大膜两侧的浓差极化并会加快膜污染，导致膜分离性能明显降低，膜孔被堵塞，溶剂透过膜的阻力增大，导致产水量减少，截留率下降。同时，进水离子浓度增加，会影响膜表面荷电，影响膜对离子的排斥作用，也可能导致截留率下降。因此，当海水淡化原水进水TDS约为3‑4万ppm，近零排放的浓缩废水TDS甚至高达10‑12万ppm，传统的纳滤膜已无法满足更高需求。
发明内容
[0004]本发明目的在于针对上述问题，提供了一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件及其制备方法。
[0005]本发明首先提供了一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，包括5层由不同水处理膜组成的水处理膜组，所述水处理膜组按照NS‑1膜、NS‑2膜、NS‑3膜、NS‑2膜、NS‑1膜顺序依次层叠。
[0006]所述NS‑1膜、NS‑2膜或NS‑3膜任意一种水处理膜的制备方法，包括以下步骤：[0007]S1、将聚砜与N，N‑二甲基甲酰胺混合，搅拌溶解成均一铸膜液，离心脱泡，将铸膜液直接刮在无纺布后，浸入冰水浴中沉淀出聚砜层，洗去溶剂得到支撑层膜片；园林建筑的空间美感
[0008]S2、将步骤S1所得膜片浸入水相溶液中，取出沥干再浸入油相溶液进行界面聚合，沥干表面溶液，将所得膜片漂洗，再进行溶液后处理和保护；
[0009]其中，所述NS‑1和NS‑2膜的制备步骤S2所述水相组成质量百分比为：哌嗪1.98～1.998％、间苯二胺0.002～0.02％、三乙胺盐酸盐0.5～0.7％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.09～0.135％均苯三甲酰氯、0.01～0.015％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。[0010]所述NS‑3膜的制备步骤S2中所述水相组成质量百分比为：间苯二胺1.8～2.2％、
三乙胺盐酸盐0.5～0.7％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.09～0.135％均苯三甲酰氯、0.01～0.015％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。
[0011]间苯二胺为反渗透膜常用的单体，较哌嗪反应活性小，本发明在制备水处理膜时，在水相中添加极少量间苯二胺可以提高水处理膜片对一价离子的截留率以及水处理膜的抗压性能，添加三乙胺盐酸盐提高膜片通量。并在油相中将少量均苯四甲酰氯替代均苯三甲酰氯，不仅能减少整体油相单体的用量，还能增加聚酰胺层的交联密度，提高脱盐率和抗压能力。
[0012]作为本发明优选的一种技术方案，所述水处理膜的制备步骤S1中所述聚砜质量分数为15～17％，N，N‑二甲基甲酰胺质量分数为83～85％，铸膜液粘度范围在400～470mPa·s，离心脱泡0.5～1h，聚砜层厚度为20～30μm。杨澜体
[0013]优选地，所述水处理膜的制备步骤S2中所述的将支撑层膜片浸入水相溶液中15～25s，取出沥干表面残留溶液，再将整个膜片浸入油相溶液中50～70s进行界面聚合反应，形成聚酰胺层，沥干进行后续处理。
[0014]优选地，所述水处理膜的制备步骤S2中所述漂洗采用去离子水，漂洗时间为5～10min。
[0015]优选地，所述水处理膜的制备步骤S2中所述的后处理中，NS‑1膜和NS‑3膜是过质
溶液，处理3‑8min，浸入质量分数为3％～8％甘油溶液保护5‑量分数为5％～8％NaHSO
3
杨静雅10min；NS‑2膜是过1000～3000ppmNaClO溶液处理2～6min，再浸入3～8％乳酸溶液保护5～10min。
[0016]本发明还提供了上述高压分离膜元件的制作方法，所述高压分离膜元件制作方法包括：将由所
述NS‑1、NS‑2和NS‑3依次按照NS‑1、NS‑2、NS‑3、NS‑2、NS‑1顺序层叠组成的水处理膜组，以及进水格网、产水格网围绕产水中心管卷制，并与端盖、外壳封装而成。[0017]本发明还提供了上述制作的一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件在处理海水淡化和浓缩工业废水方面的应用。优选地，所述应用压力＞3.9MPa，盐浓度＞5％。[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]本发明通过对水处理膜制备方法中组分的筛选和处理工艺的改进，提高了水处理膜性能。将所制备的膜进行合理的叠层组装，制作的高压分离膜元件可在高压或高浓度盐水的工作环境中运行，提高了通量及脱盐率。
附图说明
[0020]图1为本发明实施例1制备的膜截面电镜图。
[0021]图2为本发明对比例1制备的膜截面电镜图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]本发明实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、
试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
[0024]实施例1
[0025]一种水处理膜NS‑1，由下述方法制备得到：
[0026]S1、将16％聚砜与84％N，N‑二甲基甲酰胺混合，搅拌溶解成均一铸膜液，铸膜液粘度438mPa·s，离心脱泡1h，将铸膜液用刮刀直接刮在无纺布后，浸入冰水浴沉淀出23μm聚砜层，洗去溶剂得到支撑层膜片；
[0027]S2、将步骤S1所得将支撑层膜片浸入水相溶液中25s，取出沥干表面残留溶液，再将整个膜片浸入油相溶液中60s进行界面聚合反应，形成聚酰胺层，沥干进行后续处理。将
溶液处理8min，再浸入8％甘油溶液保护所得膜片用去离子水漂洗10min，过8％NaHSO
3
10min。
[0028]其中，水相组成质量百分比为：哌嗪1.99％、间苯二胺0.01％、三乙胺盐酸盐0.6％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.09％均苯三甲酰氯、0.01％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。
[0029]实施例2
[0030]一种水处理膜NS‑2，由下述方法制备得到：
[0031]S1、将17％聚砜与83％N，N‑二甲基甲酰胺混合，搅拌溶解成均一铸膜液，铸膜液粘度范围在470mPa·s，离心脱泡0.6h，将铸膜液用刮刀直接刮在无纺布后，浸入冰水浴，沉淀出30μm聚砜层，洗去溶剂，得到支撑层膜片；
[0032]S2、将步骤S1所得将支撑层膜片浸入水相溶液中15s，取出沥干表面残留溶液，再将整个膜片浸入油相溶液中50s进行界面聚合反应形成聚酰胺层，沥干进行后续处理。将所得膜片用去离子水漂洗7min，过2000ppmNaClO溶液处理3min，再浸入5％乳酸溶液保护8min。
[0033]其中，水相组成质量百分比为：哌嗪1.998％、间苯二胺0.002％、三乙胺盐酸盐0.7％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.135％均苯三甲酰氯、0.015％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。
[0034]实施例3
[0035]一种水处理膜NS‑3，由下述方法制备得到：
[0036]S1、将15％聚砜与85％N，N‑二甲基甲酰胺混合，搅拌溶解成均一铸膜液，铸膜液粘度范围在400mPa·s，离心脱泡0.5h，将铸膜液用刮刀直接刮在无纺布后，浸入冰水浴，沉淀出20μm聚砜层，洗去溶剂，得到支撑层膜片；
[0037]S2、将步骤S1所得将支撑层膜片浸入水相溶液中20s，取出沥干表面残留溶液，再将整个膜片浸入油相溶液中70s进行界面聚合反应形成聚酰胺层，沥干进行后续处理。将所
溶液处理3min，再浸入3％甘油溶液保护5min。短期负荷预测
得膜片用去离子水漂洗5min，过5％NaHSO
3
扭矩表[0038]其中，水相组成质量百分比为：间苯二胺2％、三乙胺盐酸盐0.6％、余量为水；油相组成质量百分比为：0.108％均苯三甲酰氯、0.012％均苯四甲酰氯、余量为石脑油。[0039]实施例4
[0040]一种适合高盐度浓缩用的高压分离膜元件，制作方法包括：将实施例1‑3所制备得到的水处理膜NS‑1、NS‑2和NS‑3依次按照NS‑1、NS‑2、NS‑3、NS‑2、NS‑1顺序层叠，以及进水格网、产水格网围绕产水中心管卷制，并与端盖、外壳封装而成。
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