納濾膜生產方法全解析

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種經久耐用、性能卓越的水處理設備球盟会(中国)——納濾膜，並向您全麵解析納濾膜的生產方法。

納濾膜的表層較反滲透膜疏鬆得多，較超濾膜的表層又要致密得多。因此，納濾膜製膜關鍵是合理調節表層的疏鬆程度，以形成大量具有納米級（10-9m）的表層孔。目前，主要有以下四種製備方法。

一、轉化法

轉化法又分為超濾膜轉化法和反滲透膜轉化法兩種。

1、超濾膜轉化法

納濾膜的表層較超濾膜致密，故可以調節製膜工藝條件先製得較小孔徑的超濾膜，然後對該膜進行熱處理、荷電化後處理使膜表麵致密化，而得到具有納米級表層孔的納濾膜。

利用此法，高田耕一等人先製得小孔徑的聚β-氯苯乙炔（PPCA）超濾膜，再對該膜熱處理，最後用發煙硫酸磺化，製得PPCA納濾膜。該膜在0.4MPa壓力下，對聚乙烯醇-1000的截留率高達94%，水通量為1.3m³/（㎡·d）。

2、反滲透膜轉化法

納濾膜的表層較反滲透膜疏鬆，可以在充分研究反滲透膜製膜工藝條件的基礎上，調整合適的有利於膜表麵疏鬆化的工藝條件，如鑄膜液中添加劑的選擇，各成分的比例及濃度等，使表層疏鬆化而製得納濾膜。LP-300低壓膜就是在PA-300反滲透膜的基礎上製備成功的，低壓NS-300膜也是在此思路下製備成功的。

二、共混法

將兩種或兩種以上的高聚物進行液相共混，在相轉化成膜時，由於它們之間以及它們在鑄膜液中溶劑與添加劑的相容性差異，影響膜表麵網絡孔、膠束聚集體孔及相分離孔的孔徑大小及分布，通過合理調節鑄膜液中各組分的相容性差異及研究工藝條件對相容性的影響，製備具有納米級表層孔徑的合金納濾膜。例如將來源廣，價格低，成膜性能好，但化學、熱穩定性差，易降解，壓密性較差的醋酸纖維素（CA）與在乙酰化程度及分子鏈排列的規整性方麵與CA有一定差異，但具有較好的機械強度，同時具有優異的生物降解性，熱穩定性的三醋酸纖維素（CTA）共混，可製得性能優良的醋酸-三醋酸纖維素（CA-CTA）納濾膜。

三、複合法

複合法是目前用得最多也是最有效的製備納濾膜的方法，也是生產商品化納濾膜品種最多，產量最大的方法。該方法就是在微孔基膜上複合上一層具有納米級孔徑的超薄表層。它包括微孔基膜的製備，超薄表層的製備和複合。

1、微孔基膜的製備

微孔基膜主要有兩種製備方法。一種是燒結法，可由陶土或金屬氧化物（如Al2O3，Fe2O3）高溫燒結而成，也可由高聚物粉末（如PVC粉）熱熔而成。另一種是L-S相轉化法，可由單一高聚物形成均相膜，如聚碸超濾膜，也可由兩種或兩種以上的高聚物經液相共混形成合金基膜，如含酞基聚芳醚酮與聚碸（PEKC-PSF）合金膜。

2、超薄表層製備及複合

超薄表層的製備及複合方法有塗敷法、界麵聚合法、化學蒸氣沉積法、動力形成法、水力鑄膜法、等離子體法、旋轉法等。後三者正處於研究中，現主要介紹四種。

（1）塗敷法  

塗敷法是將鑄膜液直接刮到基膜上，可借助外力將鑄膜液輕輕壓入基膜的大孔中，再利用相轉化法成膜。

對無機鑄膜液，如氧化鈦可先將顆粒細小均勻的Ti（OH）4膠體沉澱在無機膜（如微孔Al2O3基膜）上，再經高溫燒結時，由於其在溶膠-凝膠轉化時晶型發生變化很容易形成納米級孔，因此很易通過控製燒結溫度製得具有納米級表層孔的無機複合膜。

對高聚物鑄膜液，塗刮到基膜上後，經外力將鑄膜液壓入基膜的微孔中，再經L-S相轉化成膜，該方法的關鍵是合理選擇鑄膜液配方，如加入高分子添加劑及鑄膜液的壓入程度等工藝條件以形成納米級孔徑。

另外，還可用此法將兩種鑄膜液結合起來形成有機-無機雙活性層納濾膜，以使有機、無機雙活性層達到膜性能上的互補作用。

（2）界麵聚合法  

這是目前世界上最有效的製備納濾膜的方法，也是生產工業化納濾膜品種最多、產量最大的方法。這類工業膜主要有NF係列、NTR係列、UTC係列、ATF係列、MPT係列、MPF係列及A-15膜等。

該方法就是利用P.W. Morgan的界麵聚合原理，使反應物在互不相溶的兩相界麵發生聚合成膜。一般方法就是用微孔基膜吸收溶有單體或預聚體的水溶液，瀝幹多餘鑄膜液後，再與溶有另一單體或預聚體的油相（如環己烷）接觸一定時間，反應物就在兩相界麵處反應成膜。為了使膜的性能更佳，這樣製得的膜還要經水解荷電化、或離子輻射、或熱處理等後處理。

該方法的關鍵是選擇好鑄膜液配方和控製好反應物在兩相中的分配係數和擴散速率以使膜表麵的疏鬆程度合理化。

（3）化學蒸氣沉澱法  

先將一化合物（如矽烷）在高溫下變成能與基膜（如微孔Al2O3基膜）反應的化學蒸氣，再與基膜反應使孔徑縮小成納米級而形成納濾膜。

（4）動力形成法  

利用溶膠-凝膠相轉化原理首先將一定濃度的無機或有機聚電解質，在加壓循環流動係統中，使其吸附在多孔支撐體上，由此構成的是單層動態膜，通常為超濾膜，然後需在單層動態膜的基礎上再次在加壓閉合循環流動體係中將一定濃度的無機或有機聚電解質吸附和凝集在單層動態膜上，從而形成具有雙層結構的動態納濾膜。

幾乎所有的無機或有機聚電解質都可以作為動態膜材料。無機類材料有Al3＋、Fe3＋、Si4＋、Th4＋、V4＋等離子的氫氧化物或水合氧化物；有機類有聚丙烯酸、聚乙烯磺酸、聚丙烯酰胺等。通過控製合適的循環液組成及濃度，加壓方式等條件，可製得高水通量的納濾膜。

影響動態膜性能的主要因素有：多孔支撐基體的孔徑範圍，無機或有機聚電解質的類型、濃度和溶液的pH值。

四、荷電化法

荷電化法是製備納濾膜的重要方法。膜通過荷電化不僅可提高膜的耐壓密性、耐酸堿性及抗汙染性，而且可以調節膜表麵的疏鬆程度，同時利用道南離子效應可分離不同價數的離子，大大提高膜材料的親水性，製得高水通量的納濾膜。

荷電膜大體可分為兩類：一類是表層荷電膜，另一類是整體荷電膜。

荷電化的方法很多，並且為了製得高性能的納濾膜，往往將荷電化法和其他方法如共混法、複合法結合。大體上有以下幾種主要方法。

1、表層化學處理  

該方法可先將帶有反應基團的聚合物製成超濾膜，再用荷電性試劑處理表層以縮小孔徑，如氯甲基化/季銨化聚碸膜；也可用具有強反應基的荷電試劑如發煙硫酸直接處理膜表層使其荷電化，該法主要用於製備表層荷電膜，如聚碸改性膜等。

2、 荷電材料通過L-S相轉化法直接成膜

如磺化聚碸膜、氯化聚碸膜等。

3、含浸法

該方法是將基膜浸入含有荷電材料的溶液中，再借助於熱、光、輻射、加入離子等方法使之交聯成膜，這類膜有UTE係列膜等。這裏膜基體和荷電材料基本上是物理結合。

4、成互聚合法

該方法是將基膜浸入一種聚電解質和一種高分子的共溶液中，取出使之在一定條件下成膜。這類膜有聚陰離子膜和聚陽離子膜。聚陰離子一般為堿金屬的磺酸鹽，聚陽離子一般為聚苯乙烯三甲基氯胺，這種膜在較低壓力下，可以從蔗糖（Mw 為342）中分離葡萄糖（Mw 為180）。

目前工業上的納濾膜大都是荷電膜。這種膜的製膜關鍵是根據被分離對象的性質決定荷陰電還是荷陽電，並要控製好離子交換容量（I.E.C值）及膜電位等。

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