一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法
2023-09-18 23:38:50
一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法
【專利摘要】本發明屬於化學工程學科中的傳質與分離領域，涉及一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，採用氧化性氛圍並加熱的預氧化方法，通過優化預氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恆溫時間及升溫速率，實現聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率進行調控目的。本發明方法簡單且有效，為改善聚丙烯腈納濾膜的脫鹽性、脫色性及除菌性方面的發展與應用奠定重要依據，適於推廣與工業化應用。
【專利說明】一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，屬於化學工程學科中的傳質與分離領域。
【背景技術】:
[0002]最近，一種新型膜分離技術納濾迅速發展起來，其對低分子質量有機物和鹽類的分離有很好效果，具有不影響分離物質生物活性、節能、無公害等特點。根據膜孔徑與表面電荷、及溶質的電荷與價態，可在較低壓力驅動下高效地脫除水中有害物質。納濾膜在工業廢水處理，包括金屬加工、電鍍業和紡織業等廢水中重金屬脫除，軟化，脫色，除菌；在飲用水淨化；醫藥廢水中藥物成分截留或濃縮有效成分；垃圾滲濾液中腐植酸去除；及海水淡化等領域具有誘人的應用前景(侯立安，劉曉芳.膜科學與技術，2010，30:1-7.)。雖然納濾技術在理論與實際應用研究上取得了重大進展，但仍存在著諸多急需解決的問題，如傳質機理還缺乏深入的了解，性能表徵也缺少全面規範化的手段，特別是具有高選擇性、耐溶劑、耐熱、耐氧化和抗汙染等性能膜材料的研發一直是該領域的研究熱點及關鍵性問題(樓民，俞三傳，高從堦.工業水處理，2008，28:13-17)。
[0003]我們之前研究發現聚丙烯腈(PAN)是一類良好納濾膜材料，其對二價鈣離子表現出極高截留效果(張兵，王穎，吳永紅，等.化工環保，2013，33:349-353)。但納濾膜在應用中經常因濃差極化與膜汙染等問題，導致壽命短，嚴重製約了其應用發展(AK Singh,S Prakash, V Kulshrestha,et al.ACS Appl.Mater.1nterfaces2012, 4:1683-1692 ；LY Ng, Aff Mohammad, CY Ng.Advances in Colloid andInterface Science2013, 197 - 198:85 - 107)。這些問題除了與操作條件有關外，還與膜材料本身有密切關係(B Van der Bruggen, M Manttari, M Nystrom.Sep.Purif.Technol.2008，63:251 - 263.;J Luo, Y Wan.J Membr Sci, 2013，438:18 - 28.)。由於實際操作條件往往不易改變，`因此只有改善膜材料性能才能從根本上解決問題(B Vander Bruggen, M Manttari, M Nystrom.Sep.Purif.Technol.2008, 63: 251 - 263.)? 預氧化方法是改善膜材料的有效方法之一。在較高溫度下，膜表面與所接觸的氧化性氣體發生交聯，可顯著提高膜材料的熱穩定性、抗汙染性、分離性能及使用壽命(J Su1SZhang, H Chen, et al.J Membr Sci, 2010, 364:344 - 353 ；J Li, X Yang, H Tang, et al.JMembr Sci, 2010, 361:38 - 42 ；Y Mansourpanah, SSMadaeni, A Rahimpour,et al.AppliedSurface Science2009, 255:8395 - 8402 ；JT Vaughn, WJKoros, JR Johnson, et al.J MembrSci, 2012，401 - 402:163 - 174)。雖然已有對聚丙烯腈預氧化處理的文獻報導，但都是研究用於改善聚丙烯腈纖維機械性能或者紡絲性等方面，為了進一步製備活性炭纖維或絲織品(張利珍，呂春祥，呂永根，等.新型炭材料，2005，20:145-148.;肖陽，李常清，史曉健，等.高分子材料科學與工程，2013，29:105-109 ;楊茂偉，王成國，王延相，等.合成纖維工業，2005，12:5-6.;趙從濤，覃小紅，王善元.合成纖維，2007，12:16-19 ;趙宇輝.中國發明專利，申請號88101770.1 ;陳新謀.中國發明專利，申請號02103974.7)。截至目前，還沒有關於預氧化方法調控聚丙烯腈納濾膜方面的報導。
[0004]本發明人在前期工作基礎上，經過深入研究發現通過預氧化方法可以實現調控聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的目的。通過優化預氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恆溫時間及升溫速率，可顯著調整聚丙烯腈納濾膜的截留率。因此，研究開發用於調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法將會極大地促進納濾膜的發展與工業化應用。
【發明內容】
:
[0005]發明目的:
[0006]本發明涉及一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，採用加熱與氧化性氛圍的條件，實現聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率進行調控的目的。
[0007]技術方案:
[0008]一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構成，實現聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調控；該方法如下:
[0009]( I)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置於加熱爐內，通過控制升溫速率使爐內溫度達到預氧化溫度，經過恆溫後，降至室溫；
[0010](2)氧化性氛圍:在上述加熱過程中，同時維持加熱爐內含有氧化性氣體。
[0011]所採用的聚丙烯腈納濾膜形狀為平板狀、管狀、中空纖維狀或卷狀中的一種，厚度為 1-200 μ m。
[0012]預氧化溫度為150-300°C，恆溫時間為0-3h，升溫速率為0.5-20°C /min。
[0013]所述氧化性氣體是指:流量為l-2000mL/min的空氣、或氧氣、水蒸氣、氨氣中的一種與氮氣所構成的二元混合氣體，且混合氣體中氧氣、水蒸氣或氨氣的體積分數為
0.5-100%。
[0014]聚丙烯腈納濾膜的截留率為對水中鹽類、染色劑或細菌中一種的截留率，截留率範圍 55-100%。
[0015]優點及效果:
[0016]本發明提出了一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，具有如下優點:
[0017]本發明是一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，通過優化預氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恆溫時間及升溫速率，可顯著調整聚丙烯腈納濾膜的截留率。
[0018]採用本發明的技術方案，實現了通過預氧化方法改變聚丙烯腈納濾膜的微觀結構，為改善聚丙烯腈納濾膜截留率提供了一種新方法。該方法為提高聚丙烯腈納濾膜截留率做出貢獻，同時也為納濾膜的功能化製備及在更多領域的應用奠定基礎。因此，這種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法的推廣應用將會推動新型膜分離技術的發展與工業化應用。
【具體實施方式】:
[0019]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的說明，但本發明的保護範圍不受實施例的限制。[0020]一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構成，實現聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調控；該方法如下:
[0021 ] ( I)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置於加熱爐內，通過控制升溫速率使爐內溫度達到預氧化溫度，經過恆溫後，降至室溫；
[0022](2)氧化性氛圍:在上述加熱過程中，同時維持加熱爐內含有氧化性氣體。
[0023]所採用的聚丙烯腈納濾膜形狀為平板狀、管狀、中空纖維狀或卷狀中的一種，厚度為 1-200 μ m。
[0024]預氧化溫度為150_300°C，恆溫時間為0_3h，升溫速率為0.5-20°C /min。
[0025]所述氧化性氣體是指:流量為0-2000mL/min的空氣、或氧氣、水蒸氣、氨氣中的一種與氮氣所構成的二元混合氣體，且混合氣體中氧氣、水蒸氣或氨氣的體積分數為
0.5-100%。
[0026]對經過預氧化方法處理後的聚丙烯腈納濾膜，進行水中鹽類或染色劑或細菌中一種的截留率測試。計算的截留率(R%)的公式為R%=(l-Cp/Cf)*100%，式中:CP與Cf分別是透過液與原料液中鹽類或染色劑或細菌的濃度。
[0027]聚丙烯腈納濾膜截留率為對水中的鹽類、染色劑或細菌中一種的截留率，截留率範圍 55-100%。
[0028]實施例1:
[0029]選擇形狀為平板狀或管狀或中空纖維狀或卷狀,厚度為1-200 μ m的聚丙烯腈納濾膜。將聚丙烯腈納濾膜放置於加熱爐內，通入空氣或含有氧氣或水蒸氣中的一種與氮氣所構成的混合氣體，且混合氣體中氧氣或水蒸氣的體積分數為0.5-100%，流量為0-2000mL/min，以0.5-20°C /min升溫到150_300°C的預氧化溫度，並保持恆溫0_3h，降至室溫。對經過預氧化方法處理後的聚丙烯腈納濾膜，進行水中鹽類截留率測試。具體預氧化條件及所得聚丙烯腈納濾膜對鹽類截留率數據如表I所示。
[0030]表I聚丙烯腈納濾膜的預氧化條件及對鹽類截留率數據
[0031]
【權利要求】
1.一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構成，實現聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調控；該方法具體如下: (1)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置於加熱爐內，通過控制升溫速率使爐內溫度達到預氧化溫度，經過恆溫後，降至室溫； (2)氧化性氛圍:在上述加熱過程中，同時維持加熱爐內含有氧化性氣體。
2.根據權利要求1所述一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:所採用的聚丙烯腈納濾膜形狀為平板狀、管狀、中空纖維狀或卷狀中的一種，厚度為1-200μ m0
3.根據權利要求1所述一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:預氧化溫度為150-300°C，恆溫時間為0-3h，升溫速率為0.5-200C /min。
4.根據權利要求1所述一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:所述氧化性氣體是指:流量為0-2000mL/min的空氣、或氧氣、水蒸氣、氨氣中的一種與氮氣所構成的二元混合氣體，且混合氣體中氧氣、水蒸氣或氨氣的體積分數為0.5-100%。
5.根據權利要求1所述一種調控聚丙烯腈納濾膜截留率的預氧化方法，其特徵在於:聚丙烯腈納濾膜截留率為對水中的鹽類、染色劑或細菌中一種的截留率，截留率範圍55-100%。
【文檔編號】B01D71/42GK103768962SQ201410048187
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月11日 優先權日:2014年2月11日
【發明者】張兵, 吳永紅, 劉紅宇 申請人:瀋陽工業大學