一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法

2023-05-02 02:33:41

專利名稱：一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，具體的說，是涉及用於檢測反滲透膜分離層截面和背面微觀結構的方法。
背景技術：
反滲透膜在海水及苦鹹水淡化、水質淨化、生物醫藥、化工等領域具有廣泛的應用。當前商業化的反滲透膜通常由分離層、支撐層和無紡布三層所構成，其分離層主要為芳香聚醯材料，支撐層通常為多孔的聚碸材料。分離層是反滲透膜的主要功能層，其截面的厚度與微觀形貌、正面和背面(即與支撐層相接觸的面)的微觀形貌、表面缺陷等對反滲透膜的溶質脫除率、產水通量、能耗、使用壽命具有決定性的作用。其中，分離層的截面越厚，反滲透膜的溶質脫除率會升高，產水通量會越小，增加產水通量時所需的能耗就越大；其截面的形貌越疏鬆，反滲透膜的溶質脫除率會降低，產水通量會越大，增加產水通量時所需的能耗就越小。而分離層背面的微觀結構對於研究反滲透膜的溶質脫除機理以及溶質脫除率和產水通量隨微觀結構的變化規律具有重要的價值。目前反滲透膜分離層的微觀結構檢測主要通過顯微鏡技術來實現，顯微鏡主要包括透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微觀鏡(AFM)。透射電子顯微鏡通常用來觀察分離層截面的微觀結構，包括分離層的厚度以及截面的形貌等，樣品的前處理方法對觀察的效果具有重要的影響，通常採用先樹脂包埋切片再用氯仿溶解除去支撐層的方法；然而由於樹脂包埋切片步驟的存在，該方法具有樣品前處理複雜、可操作性差、設備要求高的缺點，使得這種透射電子顯微鏡觀察方法較難推廣。原子力顯微鏡技術的樣品前處理過程雖然簡單，但通常只能用來觀察反滲透膜表面的粗糙度、高低起伏度，很難用這一技術觀察其它的微觀結構。反滲透膜經過表面噴金處理後，利用掃描電子顯微鏡可以清晰的觀察到分離層上表面(即正面)的微觀形貌，但是由於在常規的前處理方法中反滲透膜片很難在液氮中淬斷，並且由於支撐層存在引起的幹擾，使得分離層和支撐層的界面很難分辨，因此目前還不能利用掃描電子顯微鏡來觀察分離層截面的微觀結構。另外，目前國內外還沒有檢測分離層背面(即與支撐層相接觸的面)微觀結構的顯微鏡技術出現。綜上所述，雖然上述這些檢測技術可以從不同的角度觀察反滲透膜分離層的微觀結構，但是當前還沒有簡便、可操作性強的方法用以檢測反滲透膜分離層截面及其背面的微觀結構，其技術難度重點在於目前還沒有針對具體的顯微鏡技術建立合適的反滲透膜前處理方法。

發明內容
本發明要解決的是目前反滲透膜分離層微觀結構檢測的不足，即不能檢測分離層截面及其背面微觀結構的技術問題，提供一種利用場發射掃描電子顯微鏡可以清晰觀察反滲透膜分離層截面和背面微觀結構的檢測方法，樣品前處理過程簡單，成本低、可操作性強，易於推廣，填補國內外利用掃描電子顯微鏡觀察反滲透膜分離層截面和背面微觀結構的空白。為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現—種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，該方法按照以下步驟進行(1)取一塊由分離層、支撐層和無紡布層構成的反滲透膜片，其中支撐層為聚碸材料，分離層為芳香聚醯胺材料；(2)將反滲透膜片的無紡布層完全剝離，保留分離層和支撐層；(3)將保留分離層和支撐層的反滲透膜片平鋪並粘貼在玻璃片上，並且支撐層向上而分離層與玻璃片相接觸；(4)利用揮發性的有機溶劑在室溫下對支撐層進行少量多次的衝洗，溶解除去支撐層而保留分離層，所述有機溶劑為在室溫下對支撐層溶解度較大而對分離層溶解度較小的溶劑；(5)將衝洗溶解後的玻璃片置於真空烘箱中，在0. 08 0. IMPa真空度、35 100°c溫度範圍內保持12 M小時；(6)真空烘箱停止加熱，待真空烘箱溫度降到室溫時取出樣品；(7)採用場發射型掃描電子顯微鏡，根據其樣品臺的實際尺寸將玻璃片裁成小塊， 用導電膠將小塊玻璃片分別平貼和垂直粘貼到樣品臺上；(8)經過噴金處理後，調節掃描電子顯微鏡參數設置，在平貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜分離層背面的微觀結構，在垂直粘貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜分離層截面的微觀結構。所述步驟(3)中的玻璃片為顯微鏡用載玻片或蓋玻片。所述步驟(3)中的玻璃片在使用前依次經過蒸餾水和乙醇清洗，以及乾燥處理。所述步驟(4)中的有機溶劑為氯仿、四氫呋喃或N，N_ 二甲基甲醯胺其中的一種。所述步驟(4)中少量多次的衝洗溶解，其每次用量為2 3毫升，清洗次數為6 10次。本發明的有益效果是(一)本發明可以清晰的觀察到反滲透膜分離層截面及背面的微觀結構，包括分離層的厚度。( 二 )本發明不需要樹脂包埋切片、染色等複雜的前處理過程，樣品前處理過程簡單易行、設備要求低、成本低、可操作性強、易於推廣。(三)本發明填補了國內外利用掃描電子顯微鏡觀察反滲透膜分離層截面和背面微觀結構的空白，進一步開發了掃描電子顯微鏡在反滲透膜分離層顯微結構觀察上的應用技術，在反滲透膜微觀結構檢測方面具有巨大的應用前景。(四)目前商業化反滲透膜的分離層和支撐層主要分別由芳香聚醯胺材料和聚碸材料組成，本發明的檢測方法正是針對這些材料進行，因此，本發明的分離層檢測技術實用性強，具有重要的推廣價值。


圖1為低壓反滲透膜A分離層截面的掃描電鏡照片；圖2為低壓反滲透膜A分離層背面的掃描電鏡照片；
圖3為超低壓反滲透膜B分離層截面的掃描電鏡照片；圖4為超低壓反滲透膜B分離層背面的掃描電鏡照片；圖5為耐汙染反滲透膜C分離層截面的掃描電鏡照片；圖6為耐汙染反滲透膜C分離層背面的掃描電鏡照片。圖中1 分離層，2 玻璃。
具體實施例方式下面通過具體的實施例對本發明作進一步的詳細描述，以下實施例中的反滲透膜片均由分離層、支撐層和無紡布層構成，其中支撐層為聚碸材料，分離層均為芳香聚醯胺材料實施例1取20mmX 20mm的低壓反滲透膜片A，低壓反滲透膜片A是從北京時代沃頓科技有限公司生產的LP21型反滲透膜上採取。用鑷子將反滲透膜片A的無紡布層剝去，保留分離層和支撐層，將其平鋪用雙面膠粘貼在規格同樣為20mmX20mm的蓋玻片上，使其支撐層朝上，使分離層直接與蓋玻片接觸。這樣，保證在用有機溶劑進行衝洗溶解支撐層的過程中，有機溶劑能夠與支撐層直接接觸，使聚碸支撐層能夠完全除去。蓋玻片使用前經蒸餾水和乙醇清洗，並進行乾燥，除去表面附著的汙染物。根據分離層與支撐層在溶解性上的差異，選擇合適的揮發性的有機溶劑將聚碸支撐層溶解除去。 具體地，用鑷子夾住蓋玻片，同時用一次性滴管取約2毫升氯仿，衝洗溶解聚碸支撐層，共衝洗10次。將衝洗溶解後的蓋玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度為0. 08MPa，在100°C真空乾燥12小時。為防止分離層被氧化，真空烘箱停止加熱後待其溫度降至室溫後取出。將帶有分離層的蓋玻片裁成6mmX4mm的小塊，小塊玻璃片的尺寸應不超過樣品臺的尺寸。再用導電膠分別將其平貼和垂直粘貼在樣品臺上並進行噴金，平貼時分離層朝上而玻璃片與樣平臺接觸。然後採用日本日立公司生產的場發射掃描電鏡S-4800，調節其參數設置，在垂直粘貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片A分離層截面的微觀結構， 結果如圖1所示，為放大5萬倍的顯微鏡照片；在平貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片A分離層背面的微觀結構，結果如圖2所示，為放大5萬倍的顯微鏡照片。實施例2取45mmX ^mm的超低壓反滲透膜B，超低壓反滲透膜B是從北京時代沃頓科技有限公司生產的ULP21型反滲透膜上採取。用鑷子將反滲透膜片B的無紡布層剝去，保留分離層和支撐層，將其平鋪用雙面膠粘貼在規格同樣為45mmX^mm的蓋玻片上，使其支撐層朝上，使分離層直接與蓋玻片接觸。這樣，保證在用有機溶劑進行衝洗溶解支撐層的過程中，有機溶劑能夠與支撐層直接接觸，使聚碸支撐層能夠完全除去。蓋玻片使用前經蒸餾水和乙醇清洗，並進行乾燥，除去表面附著的汙染物。根據分離層與支撐層在溶解性上的差異，選擇合適的揮發性的有機溶劑將聚碸支撐層溶解除去。 具體地，用鑷子夾住蓋玻片，同時用一次性滴管取約2. 5毫升四氫呋喃，衝洗溶解聚碸支撐層，共衝洗8次。將衝洗溶解後的蓋玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度為0. 09MPa，在60°C真空乾燥16小時。為防止分離層被氧化，真空烘箱停止加熱後待其溫度降至室溫後取出。將帶有分離層的蓋玻片裁成6mmX4mm的小塊，小塊玻璃片的尺寸應不超過樣品臺的尺寸。再用導電膠分別將其平貼和垂直粘貼在樣品臺上並進行噴金，平貼時分離層朝上而玻璃片與樣平臺接觸。然後採用日本日立公司生產的場發射掃描電鏡S-4800，調節其參數設置，在垂直粘貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片B分離層截面的微觀結構， 結果如圖3所示，為放大2萬倍的顯微鏡照片；在平貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片B分離層背面的微觀結構，結果如圖4所示，為放大5萬倍的顯微鏡照片。實施例3取25mmX 75mm的耐汙染反滲透膜C，耐汙染反滲透膜C是從北京時代沃頓科技有限公司生產的FRll型反滲透膜上採取。用鑷子將反滲透膜片C的無紡布層剝去，保留分離層和支撐層，將其平鋪用雙面膠粘貼在規格同樣為25mmX75mm的載玻片上，使其支撐層朝上，使分離層直接與載玻片接觸。這樣，保證在用有機溶劑進行衝洗溶解支撐層的過程中，有機溶劑能夠與支撐層直接接觸，使聚碸支撐層能夠完全除去。蓋玻片使用前經蒸餾水和乙醇清洗，並進行乾燥，除去表面附著的汙染物。根據分離層與支撐層在溶解性上的差異，選擇合適的揮發性的有機溶劑將聚碸支撐層溶解除去。 具體地，用鑷子夾住載玻片，同時用一次性滴管取約3毫升N，N-二甲基甲醯胺，衝洗溶解聚碸支撐層，共衝洗6次。將衝洗溶解後的載玻片放入真空烘箱中，抽真空到真空度為0. IMPa，在35°C真空乾燥M小時。為防止分離層被氧化，真空烘箱停止加熱後待其溫度降至室溫後取出。將帶有分離層的載玻片裁成6mmX4mm的小塊，小塊玻璃片的尺寸應不超過樣品臺的尺寸。再用導電膠分別將其平貼和垂直粘貼在樣品臺上並進行噴金，平貼時分離層朝上而玻璃片與樣平臺接觸。然後採用日本日立公司生產的場發射掃描電鏡S-4800，調節其參數設置，在垂直粘貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片C分離層截面的微觀結構， 結果如圖5所示，為放大5萬倍的顯微鏡照片；在平貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜片C分離層背面的微觀結構，結果如圖6所示，為放大2萬倍的顯微鏡照片。儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，其特徵在於，該方法按照以下步驟進行(1)取一塊由分離層、支撐層和無紡布層構成的反滲透膜片，其中支撐層為聚碸材料， 分離層為芳香聚醯胺材料；(2)將反滲透膜片的無紡布層完全剝離，保留分離層和支撐層；(3)將保留分離層和支撐層的反滲透膜片平鋪並粘貼在玻璃片上，並且支撐層向上而分離層與玻璃片相接觸；(4)利用揮發性的有機溶劑在室溫下對支撐層進行少量多次的衝洗，溶解除去支撐層而保留分離層，所述有機溶劑為在室溫下對支撐層溶解度較大而對分離層溶解度較小的溶劑；(5)將衝洗溶解後的玻璃片置於真空烘箱中，在0.08 0. IMI^a真空度、35 100°C溫度範圍內保持12 M小時；(6)真空烘箱停止加熱，待真空烘箱溫度降到室溫時取出樣品；(7)採用場發射型掃描電子顯微鏡，根據其樣品臺的實際尺寸將玻璃片裁成小塊，用導電膠將小塊玻璃片分別平貼和垂直粘貼到樣品臺上；(8)經過噴金處理後，調節掃描電子顯微鏡參數設置，在平貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜分離層背面的微觀結構，在垂直粘貼的小塊玻璃片上可以觀察到反滲透膜分離層截面的微觀結構。
2.根據權利要求1所述的一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的玻璃片為顯微鏡用載玻片或蓋玻片。
3.根據權利要求1所述的一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的玻璃片在使用前依次經過蒸餾水和乙醇清洗，以及乾燥處理。
4.根據權利要求1所述的一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，其特徵在於，所述步驟中的有機溶劑為氯仿、四氫呋喃或N，N-二甲基甲醯胺其中的一種。
5.根據權利要求1所述的一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，其特徵在於，所述步驟中少量多次的衝洗溶解，其每次用量為2 3毫升，清洗次數為6 10次。
全文摘要
本發明公開了一種反滲透膜分離層微觀結構的檢測方法，將反滲透膜片的無紡布層完全剝離，保留分離層和支撐層，將其平鋪粘貼在玻璃片上，使支撐層向上而分離層與玻璃片接觸；根據分離層與支撐層在溶解性上的差異，選擇合適的揮發性的有機溶劑將支撐層溶解除去，經過真空乾燥除去分離層中的有機溶劑後，根據掃描電鏡樣品臺的尺寸將帶有分離層的玻璃片裁成小塊並進行噴金處理，然後利用場發射掃描電子顯微鏡觀察分離層背面和截面的微觀結構。本發明可以清晰地觀察反滲透膜分離層截面和背面的微觀結構，樣品前處理過程簡單，成本低、可操作性強，易於推廣，填補國內外利用掃描電子顯微鏡觀察反滲透膜分離層截面和背面微觀結構的空白。
文檔編號B01D65/10GK102302900SQ20111024911
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者侯純揚, 李強, 潘獻輝 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所