一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化學(xué)工程學(xué)科中的傳質(zhì)與分離領(lǐng)域，涉及一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，采用氧化性氛圍并加熱的預(yù)氧化方法，通過優(yōu)化預(yù)氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恒溫時間及升溫速率，實現(xiàn)聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率進行調(diào)控目的。本發(fā)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(fā)展與應(yīng)用奠定重要依據(jù)，適于推廣與工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，屬于化學(xué)工程學(xué)科中的傳質(zhì)與分離領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]最近，一種新型膜分離技術(shù)納濾迅速發(fā)展起來，其對低分子質(zhì)量有機物和鹽類的分離有很好效果，具有不影響分離物質(zhì)生物活性、節(jié)能、無公害等特點。根據(jù)膜孔徑與表面電荷、及溶質(zhì)的電荷與價態(tài)，可在較低壓力驅(qū)動下高效地脫除水中有害物質(zhì)。納濾膜在工業(yè)廢水處理，包括金屬加工、電鍍業(yè)和紡織業(yè)等廢水中重金屬脫除，軟化，脫色，除菌；在飲用水凈化；醫(yī)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(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景(侯立安，劉曉芳.膜科學(xué)與技術(shù)，2010，30:1-7.)。雖然納濾技術(shù)在理論與實際應(yīng)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(zhì)機理還缺乏深入的了解，性能表征也缺少全面規(guī)范化的手段，特別是具有高選擇性、耐溶劑、耐熱、耐氧化和抗污染等性能膜材料的研發(fā)一直是該領(lǐng)域的研究熱點及關(guān)鍵性問題(樓民，俞三傳，高從堦.工業(yè)水處理，2008，28:13-17)。
[0003]我們之前研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯腈(PAN)是一類良好納濾膜材料，其對二價鈣離子表現(xiàn)出極高截留效果(張兵，王穎，吳永紅，等.化工環(huán)保，2013，33:349-353)。但納濾膜在應(yīng)用中經(jīng)常因濃差極化與膜污染等問題，導(dǎo)致壽命短，嚴重制約了其應(yīng)用發(fā)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(guān)外，還與膜材料本身有密切關(guān)系(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.)。由于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(yù)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(fā)生交聯(lián)，可顯著提高膜材料的熱穩(wěn)定性、抗污染性、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(yù)氧化處理的文獻報道，但都是研究用于改善聚丙烯腈纖維機械性能或者紡絲性等方面，為了進一步制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(xué)與工程，2013，29:105-109 ;楊茂偉，王成國，王延相，等.合成纖維工業(yè)，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(fā)明專利，申請?zhí)?8101770.1 ;陳新謀.中國發(fā)明專利，申請?zhí)?2103974.7)。截至目前，還沒有關(guān)于預(yù)氧化方法調(diào)控聚丙烯腈納濾膜方面的報道。
[0004]本發(fā)明人在前期工作基礎(chǔ)上，經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)通過預(yù)氧化方法可以實現(xiàn)調(diào)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(yōu)化預(yù)氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恒溫時間及升溫速率，可顯著調(diào)整聚丙烯腈納濾膜的截留率。因此，研究開發(fā)用于調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法將會極大地促進納濾膜的發(fā)展與工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]發(fā)明目的:
[0006]本發(fā)明涉及一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，采用加熱與氧化性氛圍的條件，實現(xiàn)聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率進行調(diào)控的目的。
[0007]技術(shù)方案:
[0008]一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構(gòu)成，實現(xiàn)聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調(diào)控；該方法如下:
[0009]( I)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置于加熱爐內(nèi)，通過控制升溫速率使?fàn)t內(nèi)溫度達到預(yù)氧化溫度，經(jīng)過恒溫后，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(nèi)含有氧化性氣體。
[0011]所采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(yù)氧化溫度為150-300°C，恒溫時間為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(gòu)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(shù)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，截留率范圍 55-100%。
[0015]優(yōu)點及效果:
[0016]本發(fā)明提出了一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，具有如下優(yōu)點:
[0017]本發(fā)明是一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，通過優(yōu)化預(yù)氧化溫度、氧化性氣體組成、氣體流量，恒溫時間及升溫速率，可顯著調(diào)整聚丙烯腈納濾膜的截留率。
[0018]采用本發(fā)明的技術(shù)方案，實現(xiàn)了通過預(yù)氧化方法改變聚丙烯腈納濾膜的微觀結(jié)構(gòu)，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制備及在更多領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。因此，這種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法的推廣應(yīng)用將會推動新型膜分離技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)化應(yīng)用。
【具體實施方式】:
[0019]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍不受實施例的限制。[0020]一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構(gòu)成，實現(xiàn)聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調(diào)控；該方法如下:
[0021 ] ( I)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置于加熱爐內(nèi)，通過控制升溫速率使?fàn)t內(nèi)溫度達到預(yù)氧化溫度，經(jīng)過恒溫后，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(nèi)含有氧化性氣體。
[0023]所采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(yù)氧化溫度為150_300°C，恒溫時間為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(gòu)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(shù)為
0.5-100%。
[0026]對經(jīng)過預(yù)氧化方法處理后的聚丙烯腈納濾膜，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，截留率范圍 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于加熱爐內(nèi)，通入空氣或含有氧氣或水蒸氣中的一種與氮氣所構(gòu)成的混合氣體，且混合氣體中氧氣或水蒸氣的體積分數(shù)為0.5-100%，流量為0-2000mL/min，以0.5-20°C /min升溫到150_300°C的預(yù)氧化溫度，并保持恒溫0_3h，降至室溫。對經(jīng)過預(yù)氧化方法處理后的聚丙烯腈納濾膜，進行水中鹽類截留率測試。具體預(yù)氧化條件及所得聚丙烯腈納濾膜對鹽類截留率數(shù)據(jù)如表I所示。
[0030]表I聚丙烯腈納濾膜的預(yù)氧化條件及對鹽類截留率數(shù)據(jù)
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于:是以加熱和氧化性氛圍兩個要素構(gòu)成，實現(xiàn)聚丙烯腈納濾膜對水中鹽類、染色劑及細菌截留率的調(diào)控；該方法具體如下: (1)加熱:加熱是將聚丙烯腈納濾膜放置于加熱爐內(nèi)，通過控制升溫速率使?fàn)t內(nèi)溫度達到預(yù)氧化溫度，經(jīng)過恒溫后，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(nèi)含有氧化性氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于:所采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(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于:預(yù)氧化溫度為150-300°C，恒溫時間為0-3h，升溫速率為0.5-200C /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于: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(gòu)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(shù)為0.5-100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)控聚丙烯腈納濾膜截留率的預(yù)氧化方法，其特征在于: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，截留率范圍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(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】張兵, 吳永紅, 劉紅宇 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)