[发明专利]一种基于界面润湿性调控的报废低压膜循环利用的方法及制备得到的聚酰胺纳滤膜

说明书

本发明提供一种基于界面润湿性调控的报废低压膜循环利用的方法及其制备得到的聚酰胺纳滤膜，所述方法将报废膜表面疏松泥饼层水力清洗之后，以污染、疏水的报废低压膜表面作为反应平台，在哌嗪和均苯三甲酰氯反应体系中引入表面活性剂，调控界面润湿性，降低界面聚合过程中水相和有机相之间的界面张力，通过缩聚反应形成聚酰胺活性层，得到高选择性的聚酰胺纳滤膜。本发明提供的方法避免了报废膜填埋所造成的环境负担，制备过程操作简单、成本低，有效打通了低压膜与高压膜之间的绿色循环利用链，促进了资源循环利用。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及基于一种基于界面润湿性调控的报废低压膜循环利用的方法及制备得到的聚酰胺纳滤膜。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)等低压膜机械强度高，化学稳定性和热稳定性好，被广泛应用于水处理和污水处理领域，例如膜生物反应器(MBR)。尽管膜分离工艺在占地面积、单体效率上优于大多数水处理工艺，但商用有机合成膜的可持续性较差。在长期的污染-清洗周期中，由于部分污染无法通过物理和化学清洗恢复，膜的水渗透率不可避免地降低，在无法满足产水需求时，膜即达到寿命终点(通常为5～8年)。通常情况下，达到寿命终点的报废膜被直接作为固体废弃物进行填埋。据统计，2020年，全球膜组件市场达200亿美元，相应的每年产生相应超过30,000吨的聚合物废弃膜，对环境产生极大负担，同时造成资源浪费。

从资源的可持续利用角度，膜材料的再生循环利用是未来膜技术发展的必然趋势。目前，仅有将高压膜(反渗透、纳滤膜)降级制备低压膜(超滤、微滤膜)的相关研究，利用低压膜升级制备高压膜的技术较少。在膜长期使用过程中，周期性的化学清洗使报废膜表面十分疏水，对胺单体的吸收效率低，难以通过界面聚合形成高选择性的聚酰胺活性层，阻碍报废膜再生升级为高压膜。因此，从界面润湿角度考虑，我们提出直接以报废膜表面污染层为反应平台，同时借助表面活性剂优化界面聚合过程。首先通过水力清洗去除报废微滤膜表面弱结合的污染物，从而为界面聚合提供相对稳定平整的反应平台；之后在水相单体溶液中添加表面活性剂，改变报废膜表面润湿特性，从而使报废膜表面能通过界面聚合形成连续致密的聚酰胺层，得到高选择性的纳滤膜。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于界面润湿性调控的报废低压膜循环利用的方法，将报废膜表面的污染层作为反应平台，在哌嗪和均苯三甲酰氯反应体系中引入表面活性剂，调控界面润湿性，降低界面聚合过程中水相和有机相之间的界面张力，形成聚酰胺活性层，得到高选择性的聚酰胺纳滤膜。

本发明提供的方法操作简单，能有效延长报废膜使用周期，实现膜材料的绿色循环；同时能显著降低报废膜对环境的影响，延长膜产品使用寿命，降低报废微滤膜处理处置成本。

本发明提供如下技术方案：一种基于界面润湿性调控的报废低压膜循环利用的方法，包括以下步骤：

1)将报废低压膜首先进行10min～30min的水力清洗，去除其表面附着的大块泥饼层；

2)于所述步骤1)得到的清洗后的报废低压膜的多孔侧，采用界面聚合法制备活性层，其制备条件为：将表面活性剂和亚胺单体溶于水中，形成溶液A，将清洗后的报废微滤膜作为支撑层置于所述溶液A中浸润1min～5min后取出，用橡胶辊去除表面多余液滴；将附着有溶液A的清洗后报废微滤膜浸入溶液B中，进行界面聚合反应30s～90s，最后将膜片于60℃～80℃烘箱中处理1min～10min，得到聚酰胺纳滤膜；

所述亚胺单体为哌嗪，所述亚胺单体在所述溶液A中的质量分数浓度为0.05％～0.5％；所述溶液B为质量体积分数为0.05％～0.5％的均苯三甲酰氯-正己烷溶液。

进一步地，所述溶液A中的表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。

进一步地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种或两种。