具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器的製作方法
2023-09-23 19:32:30
專利名稱：具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器的製作方法
具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器
背景技術：
已知使用各種類型的選擇性膜可以將溶解的物質與水分離，以孔徑增大的順序，
所述選擇性膜包括反滲透膜、超濾膜和微濾膜。典型的聚醯胺複合反滲透膜在其表面上
的孔徑為0. 001iim，對離子鹽、重金屬、有機和無機汙染物的去除效率大於90^，並且除去 99%以上的細菌和病毒。因此，在淨水器工業中，含有聚醯胺複合膜的反滲透淨水器越來越 有吸引力。 圖3的示意圖顯示了傳統的反滲透水過濾器，其由進口閥1、沉澱物過濾器2、前炭 過濾器9、壓力泵8、聚醯胺複合膜10、後炭過濾器4、防逆流閥(未顯示)、貯水箱7以及止 回閥5組成。 所述沉澱物過濾器2用於除去原水中的懸浮的固體、沙、鐵鏽和苔蘚，並且所述前 炭過濾器9用於除去揮發性有機物、殺蟲劑，以及最重要的殘餘氯，以防止所述聚醯胺複合 膜10被殘餘氯氧化和劣化。所述聚醯胺複合膜10用於過濾進料水中的離子鹽、有機和無 機汙染物、細菌、病毒、以及重金屬，並且所述後炭過濾器4用於除去引起難聞氣味和味道 的氣體和化合物。 由於前述傳統的反滲透淨水器帶有四個過濾器，體積大，因此，其難以安裝在小的 空間中。 此外，由於所述傳統的反滲透淨水器的過濾器連接擁擠，可能造成更換過濾器困 難的問題，特別是當終端用戶試圖自己更換舊的過濾器時。 為了解決反滲透淨水器體積的問題，韓國專利申請No. 2004-0042180、 2004-0042181和2005-0022694公開了尺寸減小的反滲透濾水器，其中沉澱物過濾器和前 炭過濾器尺寸減小，並組合成一個複合過濾器。所述複合過濾器、聚醯胺複合膜和後炭過濾 器構造在一個過濾器盒中，以減小淨水器的尺寸。 然而，前炭過濾器尺寸的減小縮短了其保護聚醯胺複合膜不受氯、三滷甲烷(THM) 和有機物汙泥的影響的壽命。 特別地，必須用前炭過濾器除去殘餘氯。前炭過濾器的氯去除效率的減小可能增 大殘餘氯通過過濾器並接觸聚醯胺複合膜的機會，從而導致所述膜的劣化。遭到破壞的膜 將使有害物質通過並進入到滲透液，從而得到受汙染的飲用水。 儘管所述聚醯胺膜阻止了所有的微生物和病原體，但在後炭過濾器和產品貯水箱 中可能有外來微生物生長。在這方面，在所述膜的下遊有一些殘餘氯是理想的。 因此，本發明致力於解決現有技術中遇到的上述問題，並且本發明的目的在於提 供具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器，所述過濾器構造由沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺
複合膜和後炭過濾器組成，而不需要前炭過濾器。 為了防止由進料水中的氯引起的劣化，前炭過濾器對於常規的聚醯胺反滲透膜來 說是必要的。因此，本發明的另一個目的是在淨水器中使用耐氯聚醯胺膜，不僅用於省去使
發明內容用前炭過濾器的必要，而且還可以使氯通過所述膜並對所述膜的下遊進行消毒，所述膜的 下遊包括後炭過濾器和淨化的水的儲罐。 所述反滲透淨水器包含順序連接的過濾器部件和貯存淨化水的箱，所述過濾器部
件由沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺複合膜和後炭過濾器組成。 所述耐氯聚醯胺複合膜通過烷基化聚醯胺複合膜而得到。 所述烷基化劑選自硫酸二甲酯、甲基碘、甲基溴、乙基碘、乙基溴、丙基碘、丙基溴、 烯丙基碘、烯丙基溴、烯丙基氯、二碘化乙烯、二溴化乙烯、l，3-二碘丙烷、及l，3-二溴丙烷 中的至少一種。 所述耐氯聚醯胺複合膜顯示耐氯性，當其接觸濃度為500ppm的次氯酸鈉 (NaOC1)24小時，或者接觸濃度為2000卯m的次氯酸鈉(NaOCl) 1小時，或者接觸濃度為 2ppm的次氯酸鈉(NaOCl) 1000小時時，保持脫鹽效率為至少85%。 並且當使用250ppm的NaCl在60psi下測試所述耐氯聚醯胺複合膜時，所述耐氯 聚醯胺複合膜的滲透通量為10GFD或更大。 此外，所述耐氯聚醯胺複合膜使進料水中的殘餘氯的20%或更多通過。 本發明的另一目的是提供反滲透淨水器，其由沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺複合膜
和後炭過濾器組成，通過省略前炭過濾器簡化了過濾器殼(filterhousing)的結構，並且
由於滲透通過所述膜並進入後炭過濾器和淨水箱的氯，而能夠抑制外來微生物的生長，從
而所述反滲透淨水器提供了高質量的飲用水，使用較少過濾器，成本效率高，並且由於其尺
寸小，節省了空間。
圖1是根據本發明的優選實施方案的反滲透淨水器的示意圖，其包含沉澱物過濾 器2、耐氯聚醯胺複合膜3、後炭過濾器4和淨水箱7。 圖2是根據本發明的另一優選實施方案的反滲透淨水器的示意圖，其包含沉澱物
過濾器2、耐氯聚醯胺複合膜3、淨水箱7和後炭過濾器4。 圖3是傳統反滲透淨水器的示意圖。 附圖中標記數字的說明 l:進口閥 2 :沉澱物過濾器 3 :耐氯聚醯胺複合膜 4 :後炭過濾器 5 :水控制閥 6 :廢水管 7 :淨水箱 8 :壓力泵 9:前炭過濾器 10 :常規聚醯胺複合膜
具體實施例方式
本發明提供了具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器，所述反滲透淨水器包含過 濾器部件，所述過濾器部件由沉澱物過濾器2、耐氯聚醯胺複合膜3、和後炭過濾器4組成， 其中所述耐氯聚醯胺複合膜不需要前炭過濾器，這與傳統反滲透淨水器的常規聚醯胺複合 膜不同，從而可以省略前炭過濾器，以簡化過濾器部件的構造，所述傳統反滲透淨水器的常 規聚醯胺複合膜需要前炭過濾器來保護以不受進料水中的氯侵蝕。 根據本發明的耐氯聚醯胺複合膜不會被進料水中含有的氯破壞。例如，本發明的 聚醯胺複合膜顯示耐氯性，在接觸濃度為500ppm的次氯酸鈉(NaOCl) 24小時或接觸濃度為 2000卯m的次氯酸鈉(NaOCl) 1小時後，在225psi的壓力下使用濃度為2000卯m的氯化鈉 (NaCl)測試時，保持脫鹽效率為至少85%。在另一個實例中，其顯示耐氯性，在接觸濃度為 2ppm的殘餘氯1000小時後，在60psi的壓力下使用濃度為250ppm的氯化鈉(NaCl)測試 時，保持脫鹽效率為至少85 % 。 此外，當在60psi的壓力下使用濃度為250ppm的氯化鈉(NaCl)測試所述耐氯聚
醯胺複合膜時，所述耐氯聚醯胺複合膜產生IOGFD(加侖 英寸7天)或更大的通量。 在本發明中，所述耐氯聚醯胺複合膜通過製備聚醯胺複合膜和後處理的傳統方法
得到，所述方法包括下述步驟用多官能胺溶液塗布多孔載體，從所述載體除去過量的溶
液；用含有多官能醯基滷、多官能磺醯氯或多官能異氰酸酯的有機溶液接觸載體上的所述
胺溶液，以在所述載體界面上製備聚醯胺；並且對得到的聚醯胺膜進行烷基化步驟。 所述烷基化步驟包括將在所述多孔載體上形成的聚醯胺膜浸在溫度在室溫到
8(TC的範圍內，pH在11到13的含有烷基化劑的溶液中，從而用烷基置換聚醯胺的醯胺鍵
(-NHCO)中的氫基，並產生烷基化的醯胺鍵(-NRCO-)。因此，由於醯胺鍵(-NHCO)中可以與
氯反應的氫基被烷基置換，所述聚醯胺複合膜與氯的反應性降低，耐氯性顯著改善。所述烷
基化步驟可以在使用模塊(module)的壓力容器中在10到800psi的壓力下進行。 烷基化劑選自硫酸二甲酯、甲基碘、甲基溴、乙基碘、乙基溴、丙基碘、丙基溴、烯丙
基碘、烯丙基溴、烯丙基氯、二碘化乙烯、二溴化乙烯、l，3-二碘丙烷、及1，3-二溴丙烷中的
至少一種。 另外，所述耐氯聚醯胺複合膜表現出優異的耐氯性，同時它還可以使進料水(自 來水)中含有的一些殘餘氯(優選至少20%的殘餘氯，更優選30%以上)通過並進入所述 膜的下遊，從而抑制後炭過濾器或淨水箱中可能的微生物的生長。 如果殘餘氯通過所述膜的滲透率小於具有2ppm的氯的自來水的20%，所述殘餘 氯不足以殺死後炭過濾器或淨水箱中的微生物。 參考顯示本發明的優選實施方案的圖l，使用自來水壓力或重力(自然壓力)通過 與水管直接相連的進口閥l，向所述反滲透淨水器供應自來水。過濾器部件包括沉澱物過 濾器2、耐氯聚醯胺複合膜3、後炭過濾器4和貯水箱7，所有部件順序相連。所述沉澱物過 濾器2用於除去水中的懸浮的固體、沙、鐵鏽、苔蘚和大顆粒，並且所述耐氯聚醯胺複合膜3 從由所述沉澱物過濾器流入的進料水除去有機和無機汙染物、細菌、病毒和包括重金屬的 離子化合物，並除去殘餘氯至一定程度，然後使大量的殘餘氯通過並進入所述膜的下遊。含 有被膜3除去的溶解物的廢水通過廢水管6排出，所述廢水管6與含有耐氯聚醯胺複合膜3 的容器相連，並且含有進料水中的大部分氯的淨化水流入後炭過濾器4中。所述後炭過濾
5器4用於除去引起難聞氣味的氣體和其他物質，以改善水的味道。淨化水繼續從所述後炭過濾器4流到淨水箱7，通過水控制閥5控制其水平面，所述水控制閥5位於淨水箱7的前面。
根據如圖2所示的本發明的另一優選實施方案，反滲透淨水器包含過濾器部件和淨水箱7，所述過濾器部件由沉澱物過濾器2、耐氯聚醯胺複合膜3、後炭過濾器4組成，所述淨水箱7放置在所述耐氯聚醯胺複合膜和後炭過濾器之間，這些組件順序相連，並且通過水壓或重力操作。 本發明可以提供小尺寸的淨水器，因為所述耐氯聚醯胺複合膜使得可以省略任何
前炭過濾器，並且還可以提供優質的飲用水，因為所述耐氯聚醯胺複合膜使殘餘氯通過並
進入到包括後炭過濾器和淨水箱的後端部分，以抑制外來微生物的生長。 另外，應用於本發明的反滲透淨水器的所述耐氯聚醯胺複合膜具有高滲透通量，
並因此可以通過自來水壓力和重力(自然壓力)進行水淨化操作，而不使用額外的電泵。 下面在實施例中更詳細地描述本發明的優選實施方案。 下面描述的實施方案是示例性的，沒有限制性，本發明的範圍不受下面給出的細
節的限制。 實施例1 製備耐氯聚醯胺複合膜的方法 將預先流延在無紡織物上的厚度為140 ii m的多孔聚碸載體浸入含有2重量％的間苯二胺(MPD)和0. 2重量％的2-乙基-1，3-己二醇(EHD)的含水溶液中20秒。從所述載體除去過量的胺溶液。將塗覆的載體浸在IS0PAR-C(由Exxon生產)溶劑中的0. 1重量％的均苯三甲醯氯的有機溶液中40秒。將得到的複合膜空氣乾燥1分鐘，然後，在室溫下在0.2重量％的碳酸鈉的含水溶液中洗滌2小時。將得到的聚醯胺膜在鹼性條件(pH 11)下在225psi的壓力下接觸100ppm硫酸二甲酯(DMS) 30分鐘。 將所述耐氯聚醯胺複合膜滾入直徑為1. 8英寸，並且有效膜面積為4. 8平方英尺的螺旋纏繞模塊(spiral-wound module)中。
實施例2 製備常規聚醯胺複合膜的方法 用與實施例1相同的方法製備常規聚醯胺複合膜，區別在於不用硫酸二甲酯處理膜。 過濾器構造I 如圖1所示，根據本發明的反滲透淨水器包含過濾器部件，所述過濾器部件由順
序連接的沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺複合膜和後炭過濾器組成。 過濾器構造II 如圖2所示，根據本發明的反滲透淨水器包含過濾器部件，所述過濾器部件由順
序連接的沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺複合膜、淨水箱和後炭過濾器組成。 比較過濾器構造I 如圖3所示，反滲透淨水器代表了典型的包含過濾器部件的傳統淨水器，所述過濾器部件由順序連接的沉澱物過濾器、前炭過濾器、壓力泵、常規氯聚醯胺複合膜和後炭過濾器組成。 比較過濾器構造II
過濾器構造與過濾器構造I相同，區別在於用常規氯聚醯胺複合膜代替耐氯聚醯胺複合膜。 比較過濾器構造III 過濾器構造與比較過濾器構造I相同，區別在於反滲透淨水器中沒有壓力泵。
殘餘氯含量的測量 在過濾器構造I和II以及比較過濾器構造I和II中，在各過濾器部件的後端測量殘餘氯含量。進料水中的氯濃度為0. 5卯m，並且在室溫下進料水的電導率為250±5ii S/cm。下面表I中顯示了殘餘氯含量相對於各過濾器後的進料水的氯含量的百分比。
表I
過濾器構造I過濾器構造II比較過濾器構造I比較過濾器構造II
沉澱物過濾器93%94%91%92%
前炭過濾器2%
聚醯胺複合膜67%66%0%75%
後炭過濾器0%0%0%0% 如表I中所示，聚醯胺膜後的過濾器構造I和II的相對氯含量分別為67%和66% ，而在比較過濾器構造I中，前炭過濾器後的相對氯含量為2 % ，這表明大部分氯被炭過濾器吸附，顯而易見，聚醯胺膜後的相對氯含量為零。
脫鹽效率的測量 在38士2psi的壓力下使用自來水操作過濾器構造I和II以及比較過濾器構造I和II的反滲透淨水器，所述自來水含有O. 5ppm的殘餘氯，並且在室溫下以電導率測得的總溶解固體量(TDS)為250±5 ii S/cm。以連續操作12小時再停止12小時的間歇操作模式運行所述反滲透淨水器60天。測得的最初和最終脫鹽效率顯示在表II中。
表II
最初脫鹽效率60天後的脫鹽效率
過濾器構造I95. 4%96. 6%
過濾器構造II95. 7%96. 8%
比較過濾器構造I95. 6%95. 0%
比較過濾器構造II95. 3%80. 1 % 如表II所示，在接觸氯60天後，裝有耐氯聚醯胺複合膜的過濾器構造I和II的脫鹽效率實際上沒有變化。
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另一方面，對於具有常規聚醯胺複合膜而沒有前炭過濾器的比較過濾器構造II，在相同條件下，脫鹽效率從最初的95. 3%的脫鹽效率急劇降低到60天後的80% ，表明聚醯胺複合膜被氯破壞。
滲透通量的測量 在38士2psi的壓力下使用自來水操作過濾器構造I和II以及比較過濾器構造II和III的反滲透淨水器，所述自來水含有0. 5ppm的氯，並且在室溫下以電導率表示的TDS為250±5 S/cm。以連續操作12小時再停止12小時的間歇操作模式運行所述反滲透淨水器60天。測得的最終滲透通量和結果顯示在表III中。
表III
最初滲透通量60天後的滲透通量
過濾器構造I11. OGFD10.5GFD
過濾器構造II11. 1GFD10.7GFD
比較過濾器構造II4. 2GFD12.6GFD
比較過濾器構造III4. 1GFD4. OGFD 如表III所示，過濾器構造I和II的最初滲透通量分別為11. OGFD和11. IGFD。所述通量比比較過濾器構造II和III的高2倍。操作60天後，過濾器構造I和II的滲透通量略微降低。這種高通量使得過濾器構造I和II可以生產足夠的滲透水，而不需要泵。
另一方面，在比較過濾器構造II中，安裝常規聚醯胺複合膜代替耐氯聚醯胺複合膜，顯示出低的最初滲透通量為4. 2GFD和較高的最終通量為12. 6GFD，表明膜被氯破壞，而在60天後顯示較高的通量，因為比較過濾器構造II沒有前炭過濾器。在比較過濾器構造III中，從比較過濾器構造I中除去壓力泵，顯示出低的最初通量為4. 1GFD，60天後保持不變。 由於在比較過濾器構造II和III中使用的常規聚醯胺複合膜的滲透通量低，具有常規聚醯胺複合膜的反滲透淨水器必須使用壓力泵以增大進水壓力。 另一方面，由於過濾器構造I和II中使用的耐氯聚醯胺複合膜在自來水壓力下具有足夠的滲透通量，具有耐氯聚醯胺複合膜的反滲透淨水器不需要使用壓力泵，從而降低了運行成本。 雖然已參考具體的示例性實施方案描述了本發明，但是本發明不受實施方案的限制，而只受所附權利要求的限制。應當理解，本領域技術人員可以在不脫離本發明的範圍和精神的範圍內改變或修改所述實施方案。
權利要求
具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器，所述反滲透淨水器包含過濾器部件，所述過濾器部件由下面組件組成沉澱物過濾器；耐氯聚醯胺複合膜；和後炭過濾器；其中所述耐氯聚醯胺複合膜不需要前炭過濾器來去除氯以保護所述膜不受氯侵蝕，從而前炭過濾器的省略使得過濾器構造比現有的反滲透淨水器簡單。
2. 權利要求l的反滲透淨水器，所述反滲透淨水器包含順序連接的過濾器部件和貯水 箱，所述過濾器部件由沉澱物過濾器；耐氯聚醯胺複合膜；和後炭過濾器組成。
3. 權利要求1的反滲透淨水器，所述反滲透淨水器包含過濾器部件和貯水箱，所述過 濾器部件由沉澱物過濾器；耐氯聚醯胺複合膜；和後炭過濾器組成，其中所述貯水箱放置在所述耐氯聚醯胺複合膜和所述後炭過濾器之間。
4. 權利要求l的反滲透淨水器，所述耐氯聚醯胺複合膜通過使用烷基化劑烷基化常規 的聚醯胺膜而製成。
5. 權利要求4的反滲透淨水器，所述烷基化劑選自硫酸二甲酯、甲基碘、甲基溴、乙基 碘、乙基溴、丙基碘、丙基溴、烯丙基碘、烯丙基溴、烯丙基氯、二碘化乙烯、二溴化乙烯、1， 3-二碘丙烷、及1，3-二溴丙烷中的至少一種。
6. 權利要求l的反滲透淨水器，所述耐氯聚醯胺複合膜顯示耐氯性，從而當其接觸濃 度在500ppm到2000卯m的次氯酸鈉(NaOCl) 1小時至24小時時，保持脫鹽效率為至少85% 。
7. 權利要求1的反滲透淨水器，當使用250卯m的NaCl在60psi下測試所述耐氯聚醯 胺複合膜時，所述耐氯聚醯胺複合膜的滲透通量為10GFD或更大。
8. 權利要求1的反滲透淨水器，所述耐氯聚醯胺複合膜使進料水中的殘餘氯的20%或 更多通過並進入所述耐氯膜的下遊。
全文摘要
本申請公開了具有簡單的過濾器構造的反滲透淨水器，所述反滲透淨水器包括過濾器部件，所述過濾器部件由沉澱物過濾器、耐氯聚醯胺複合膜和後炭過濾器組成。通過省去前炭過濾器，所述反滲透淨水器可以設計成小的尺寸，並且由於進料水中的一部分殘餘氯通過所述耐氯聚醯胺複合膜進入到所述膜的下遊，並且殘餘氯可以抑制後炭過濾器或淨水箱中外來微生物的生長，從而可以提供高質量的飲用水。
文檔編號C02F1/28GK101734808SQ20091021080
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月11日 優先權日2008年11月11日
發明者文祥玉, 洪成杓, 鄭容鬥, 金鼎烈 申請人:熊津化學有限公司