CN117085511A

CN117085511A - 一种废弃聚酰胺反渗透膜的转化再利用方法

Info

Publication number: CN117085511A
Application number: CN202210506539.9A
Authority: CN
Inventors: 陈英波; 崔俊博; 张圆圆; 李鹏飞; 李豪
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tiangong University
Priority date: 2022-05-11
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2023-11-21

Abstract

本发明涉及一种将废弃聚酰胺反渗透膜转化再生为纳滤膜的方法，包括如下步骤：(1)清洗：用水泵把配制好的清洗液灌入膜组件进行循环清洗和静置浸泡；(2)氧化：用氧化剂把反渗透膜表面的聚酰胺层氧化降解，使原来的反渗透膜转化为超滤膜；(3)层层自组装：以盐酸多巴胺辅助，利用阳离子聚电解质与阴离子聚电解质之间的静电作用，在超滤膜表面形成新的改性层。本发明的整个操作过程不需要将膜组件拆开，因此操作简便，回收成本低，同时减少固体废弃物的产生。

Description

一种废弃聚酰胺反渗透膜的转化再利用方法

技术领域

本发明涉及废弃膜材料回收再利用领域，具体涉及一种废弃聚酰胺反渗透膜转化再生为纳滤膜的方法。

背景技术

随着社会飞速发展，地球水资源受到严重污染并逐渐短缺，膜分离技术因占地面积小分离效率高及其良好持久性而受到世界各地广泛关注。每天通过膜分离技术制备的纯水大概有9.98×10⁶m³，其中70％的纯水是通过聚酰胺反渗透膜制备。

然而，全球每年有约84万只废弃膜组件更换下来，这些废弃膜组件大部分是通过粉碎填埋处理，这种方法对环境十分的不友好。对于废弃反渗透膜回收的研究，大多采用切割法取出膜组件内的反渗透膜片，再进行清洗改性，这种方法清洗效率高，但是回收再利用的成本较高，而且切割后的膜组件外壳不能再次投入使用，成为一堆废弃物。

发明内容

针对以上问题，本发明采用化学清洗、氧化与层层自组装的方法，在膜组件不被切开的情况下，对废弃的聚酰胺反渗透膜转化再生为纳滤膜，用于中水回用。从而减少了由反渗透膜组件产生的固体废弃物，同时提高了膜组件的经济效益。

为达上述目的，本发明的技术方案如下：

步骤1首先是对废弃膜的清洗，将废弃膜用化学清洗剂将其表面覆盖的由污染物形成的滤饼层清洗掉，使得废弃膜表面的聚酰胺层可以暴露出来，便于后期的氧化清洗。清洗剂有酸性清洗剂和碱性清洗剂两种，清洗过程采用循环清洗和浸泡结合的方式。

步骤2氧化清洗，将清洗后的废弃膜组件中灌入一定浓度的氧化剂，静置浸泡1-3天，将废弃膜表面的聚酰胺层氧化降解。

步骤3层层自组装，聚电解质溶液是以纯水为溶剂进行配制的。先将阳离子聚电解质溶液低压打入完成氧化降解的膜组件，静置沉积10-40分钟后，用纯水冲洗2-5分钟，再把阴离子聚电解质溶液低压打入膜组件内，静置浸泡10-40分钟，然后用清水冲洗2-5分钟。由此，完成一对由阴、阳离子聚电解质组成的自组装层，按照这种方式循环组装n次，便可完成n层聚电解质自组装纳滤膜。

步骤1中所述的酸性清洗剂和碱性清洗剂的组成及比例见表1。

步骤1中所述的循环清洗，操作温度为20-35℃，压力为0.5-3.0bar时间为20-60分钟。

步骤1中所述的浸泡清洗，静置浸泡时间为1-5天。

步骤1中所述的清洗剂在使用过程中，需用水稀释80-120倍。

表1清洗剂的组成成分

步骤2中所述的氧化剂为高锰酸钾、过氧化氢与次氯酸钠中的一种或两种。氧化剂质量百分比浓度为1.0％-15.0％。

步骤2中的操作温度为20-45℃。

步骤3中所述的阳离子聚电解质溶液与阴离子聚电解质溶液的组成成分如表2。

表2聚电解质溶液的组成成分

步骤3中阳离子聚电解质溶液的搅拌时间为20-70分钟，用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液将其调节pH＝8.5。

步骤3中阴离子聚电解质溶液搅拌时间为15-30分钟，用浓度为1mol/L的盐酸溶液将其调节至pH＝2.3。

步骤3中用清水冲洗膜组件，是为了将残余在膜表面的聚电解质冲洗去除，此时的工作压力为1-3bar。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施方式采用酸性清洗剂对4040型废弃聚酰胺膜进行清洗，以过氧化氢为氧化剂来去除膜表面的聚酰胺层，再用聚电解质溶液对膜进行层层自组装改性。具体操作步骤如下：

1配制酸性清洗剂，清洗剂各个组分质量百分数：氨基磺酸5.0％，脂肪醇聚氧乙烯醚-9 0.15％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯2.0％，苯甲酸钠0.03％，余量为水。清洗剂充分搅拌均匀后，在清洗箱里用水稀释100倍，以1.0bar工作压力对膜组件进行循环清洗30分钟后，静置浸泡3天。

2将膜组件内的清洗液排出，在清洗箱中加入清水，对膜组件冲洗3分钟。然后配制质量分数为1.5％的过氧化氢溶液，用于浸泡完成清洗的膜组件，浸泡时间3天，操作温度为25℃。浸泡完成后将膜组件内部的清洗液排出，再用清水以0.2bar工作压力循环冲洗30分钟，保证膜表面的杂质能够被完全清洗去除。

3待膜组件清水排空，开始用聚电解质溶液进行层层自组装。阳离子聚电解质溶液各个组分的浓度：三羟甲基氨基甲烷2.5mmol/L，硫酸铜2.1mmol/L，过氧化氢8.1mmol/L，盐酸多巴胺0.5g/L，聚乙烯亚胺0.5g/L。阴离子聚电解质溶液各组分浓度：聚4-苯乙烯磺酸钠0.5g/L，氯化钠0.25mol/L。阳离子聚电解质在膜组件内静置沉积时间为40分钟，阴离子聚电解质在膜组件内静置沉积时间为25分钟，交替沉积4组，即可完成4层聚电解质的层层自组装过程。制备完成的膜组件用纯水浸泡储存。

估算出整个膜组件的清洗及自组装转化成纳滤膜的成本为80.1元，得到的膜组件产水量为3.0吨/天，对硫酸钠截留率为98.7％。

实施例2

本实施例与实施例1的不同在于：所使用的清洗剂为碱性清洗剂，碱性清洗剂各个组分的质量分数为柠檬酸钠7.0％，氢氧化钠4.0％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯2.0％，α-脂肪酸甲酯磺酸钠0.17％，咪唑啉0.05％，余量为水。所使用的氧化剂是质量分数为3.5％的次氯酸钠溶液，在氧化剂中的浸泡时间为45小时。

估算出整个膜组件的清洗及自组装转化成纳滤膜的成本为85.3元，得到的膜组件产水量为4.0吨/天，对硫酸钠的截留率为96.5％。

实施例3

本实施例与实施例1的不同在于：所采用的清洗方式为酸碱交替清洗，即用酸性清洗剂浸泡清洗2天之后，再用碱性清洗剂清洗浸泡清洗1天。所使用的酸性清洗剂各个组分的质量分数为氨基磺酸4.5％，脂肪醇聚氧乙烯醚-90.15％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯2.0％，苯甲酸0.02％，余量为水。碱性清洗剂各个组分的质量分数为柠檬酸钠8.0％，氢氧化钠3.0％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯2.0％，α-脂肪酸甲酯磺酸钠0.17％，咪唑啉0.04％，余量为水。所使用的氧化剂是质量分数为3.5％的次氯酸钠溶液，在氧化剂浸泡的时间为56小时。

估算出整个膜组件的清洗及自组装转化成纳滤膜的成本为95.2元，得到的膜组件产水量为3.7吨/天，对硫酸钠截留率为97.3％。

Claims

1.一种废弃聚酰胺反渗透膜转化再利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)清洗：把配制好的清洗剂在水箱中稀释80-120倍，用水泵灌入膜组件进行循环清洗和静置浸泡。

(2)氧化：氧化剂用低压水泵压入膜组件，浸泡一定时间后进行低压循环流动冲洗，把反渗透膜表面的聚酰胺层氧化降解，使原来的反渗透膜转化为超滤膜。

(3)层层自组装：以盐酸多巴胺辅助，利用阳离子聚电解质与阴离子聚电解质之间的静电作用，可在膜表面逐层沉积形成新的改性层。

2.根据权利要求1所述的清洗剂分为酸性清洗剂和碱性清洗剂，酸性清洗剂的组成成分为：氨基磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚-9、辛烯基琥珀酸淀粉糖酯、苯甲酸钠；碱性清洗剂的组成成分为：柠檬酸钠、氢氧化钠、辛烯基琥珀酸淀粉糖酯、α-脂肪酸甲酯磺酸钠、咪唑啉。

3.根据权利要求1所述的清洗剂在膜组件中循环清洗时的工作压力0.5-3.0bar，静置浸泡时间为3-5天，操作温度为20-35℃。

4.根据权利要求1所述的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢与高锰酸钾中的一种或两种，氧化剂的浓度为1.0-15％(质量分数)。

5.根据权利要求1所述的氧化剂循环流动冲洗时的工作压力为0.2-1.0bar，静置浸泡时间为1-3天，操作温度为20-45℃。

6.根据权利要求1所述的阳离子聚电解质溶液的配制过程为：将称量好的三羟甲基氨基甲烷溶入纯水中充分搅拌，再将称量好的硫酸铜和过氧化氢分别加入搅拌液中搅拌，待硫酸铜完全溶解后倒入称量好的盐酸多巴胺和聚乙烯亚胺，用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节至pH为8.5，密封搅拌20-60分钟；阴离子聚电解质溶液的配置过程为：将称量好的氯化钠在水中充分溶解后，加入聚4-苯乙烯磺酸钠，用浓度为1mol/L的盐酸调节至pH为2.3，搅拌10-30分钟。

7.根据权利要求1所述的聚电解质溶液在膜表面沉积时间为10-40分钟。

8.根据权利要求2所述的清洗剂，其特征在于，酸性清洗剂各组分的质量百分比为：氨基磺酸2.0-7.0％，脂肪醇聚氧乙烯醚0.15-1.0％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯1.0-5.0％，苯甲酸钠0.01-0.09％；碱性清洗剂各组分的质量百分比为：柠檬酸钠6.0-12.0％，氢氧化钠1.0-5.0％，辛烯基琥珀酸淀粉糖酯0.5-3.0％，α-脂肪酸甲酯磺酸钠0.1-1.0％，咪唑啉0.05-0.09％。

9.根据权利要求6所述的聚电解质溶液，其特征在于，阳离子聚电解质溶液各组分的浓度为：硫酸铜2.0-5.0mmol/L，过氧化氢5.0-8.5mmol/L，三羟甲基氨基甲烷2.0-5.0mmol/L，盐酸多巴胺0.2-2.0g/L，聚乙烯亚胺0.2-2.0g/L；阴离子聚电解质溶液各组分的浓度为：氯化钠0.1-2.0mol/L，聚4-苯乙烯磺酸钠0.2-2.0g/L。