[发明专利]一种染料脱盐及其废水处理的复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料脱盐及其废水处理复合纳滤膜及其制备方法，其特征在于该复合纳滤膜以中空纤维膜为基膜，表面涂敷有聚乙烯醇/纳米颗粒复合功能层；该复合膜的显著特点在于其能截留分子量大于300道尔顿的染料分子，而一价和二价无机盐能全部通过。该复合纳滤膜的制备方法包括(1)中空纤维超滤膜基膜的预处理；(2)聚乙烯醇/纳米颗粒复合功能层的涂敷和交联；(3)复合纳滤膜的热处理。

背景技术

在染料领域中，传统工艺通过盐析法来分离沉淀染料，再通过压力驱动过滤器分离染料和盐等其他小分子物质，但是过滤得到的染料中仍然会含有30-40％的盐，降低了染料的纯度，而且对染料的溶解性、染色性等性能产生严重的影响。同时，产生大量既含有染料又含有盐的工业废水，难以处理，因此如何高效的分离染料和盐是困扰染料行业的重大问题。

膜分离技术作为近年发展起来的一项高新技术，与传统的染料脱盐方法相比具有低能耗与低污染等优点，因此，其在染料脱盐和处理染料废水等方面具有广阔的应用前景。目前，主要使用纳滤膜分离染料中的有机染料分子和无机盐，因为纳滤膜对二价及二价以上离子和分子量大于300的有机分子有很高的截留率、而对一价的盐离子截留率较低，从而达到分离的效果。

聚乙醇(PVA)因为具有化学稳定性好、物理强度高、价格低、无毒等优点，同时以PVA作为膜表面功能层具有亲水性好、抗污染性能强等优点，作为一种理想的成膜材料引起了人们广泛的关注。周勇等(中国专利：201110004324.9)采用聚砜作为基膜，聚乙烯醇作为功能层，采用三次涂覆聚乙烯醇溶液的方法制备聚乙烯醇复合纳滤膜，该复合膜对聚乙二醇600有着很高的截留。2010年，Fubing Peng公开报道了将聚乙烯醇涂覆到聚砜基膜上制备得到复合纳滤膜，对高价态盐离子具有很高截留。与常见的聚酰胺复合膜纳滤膜相比，PVA复合膜具有耐氯性好、抗污染性强等优点，而且中空纤维膜与平板膜相比具有比表面积大、应用性强等优点。针对聚合物薄膜具有的热稳定差、机械强度低、抗污染能力弱等缺点，通过在高分子材料中加入无机纳米材料来提高纳滤膜的性能成为新的研究方向。2012年Sarah Pourjafar公开报道了在制备的聚乙烯醇/聚醚砜复合纳滤膜表面通过自组装方法聚合纳米二氧化钛(nano-TiO₂)，制备得到的无机改性的复合纳滤膜通量增加的同时也提高了膜抗污染性。但是，在膜表面通过化学键自组装的方法聚合无机材料在实际应用中必然存在表面无机材料容易脱落的问题，影响了膜的使用寿命。目前研发的聚乙烯醇复合膜，由于聚乙烯醇的玻璃化转变温度较低(60℃<Tg<80℃)，不能应用于高温染料(T≥60℃)的料液的处理过程中，通常需要对料液进行预处理，从而提高了应用技术成本。同时，膜技术在染料领域中应用存在膜污染严重，水通量低，使用寿命短和膜材料成本高等问题限制了膜技术在染料领域的广泛应用。

发明内容

针对现有技术的不足，如使用寿命短、颗粒容易脱落、使用温度受限等，本发明拟解决的技术问题是，提供一种在中空纤维超滤膜上涂覆PVA/纳米颗粒功能层以制备用于染料脱盐和废水处理的纳米颗粒改性的PVA中空纤维复合纳滤膜；其特征在于该复合纳滤膜以中空纤维超滤膜为基膜，表面涂敷有聚乙烯醇/纳米颗粒复合功能层；该复合膜的显著特点在于其能截留分子量大于300道尔顿的染料分子，而且在高温条件下(大于50℃)依然保持较高截留率，而一价和二价无机盐能全部通过；而且该复合膜具有成本低，抗污染能力强，热稳定性好，使用寿命长等优点，对高温、强酸碱性的染料溶液有很高的分离效率。该复合纳滤膜的制备方法包括(1)中空纤维膜基膜的预处理；(2)聚乙烯醇/纳米颗粒复合功能层的涂敷和交联；(3)复合纳滤膜的热处理。

本发明所述复合纳滤膜制备方法是以中空纤维膜作为基膜，通过浸入涂覆方法将PVA和纳米颗粒的溶液涂覆在基膜的外表面，再通过化学交联法将PVA/纳米颗粒功能层进一步的固定到膜表面，制备成为在压力驱动下将染料和盐分离的纳米颗粒改性的PVA中空纤维复合纳滤膜，主要包括中空纤维超滤膜作为基膜和PVA/纳米颗粒复合层作为功能层。

本发明所述复合纳滤膜的制备方法，该技术具体制备方法包括下述工艺步骤：

1)、基膜的预处理过程：

在20-60℃下，将中空纤维膜浸入到浓度为0.5-5mol/L碱性水溶液中0-2小时后取出，然后将处理后的中空纤维膜用蒸馏水清洗，直至蒸馏水溶液呈中性，取出晾干；

2)、PVA/纳米颗粒涂覆和交联：