一种纳滤膜抗氧化性能测试方法与流程

1.本发明属于纳滤膜分离性能技术领域，具体来说，是涉及纳滤膜抗氧化性能测试方法。
技术背景
2.纳滤膜具有高效率、低能耗、高选择性等分离特性，特别适合于医药、生化试剂、食品、助剂、染料和颜料以及多价离子的分离与浓缩，现已成为分离膜领域中的研究热点。
3.膜污染是制约纳滤膜分离技术大规模生产与应用的主要因素，主要由无机物污染、有机物污染和微生物污染构成。在纳滤膜分离过程，有机物和微生物会吸附在膜的表面，形成污染层，导致膜的性能(通量和截留率)的下降。为了减少这两类膜污染，消除膜污染带来的膜性能下降，一般采用两种方式：(1)在料液进入膜系统前杀死微生物，降低膜生物污染；(2)定期对膜元件进行清洗，减少污染层对膜性能的影响。前者主要通过投加杀菌剂来实现，包括氯气、二氧化氯、紫外线等，尽管可以有效遏制膜生物污染的形成，但杀菌剂的氧化性会对膜造成不可逆伤害，严重降低膜的使用寿命。后者通常采用氧化剂进行清洗，这是目前清除有机物和微生物污染、恢复膜渗透能力的主要工艺之一，但氧化剂也会对膜材料有一定破坏作用。由于在纳滤膜使用过程中常用的灭菌剂和清洗剂大多为氧化剂，因此膜的抗氧化性能关系着整个膜分离系统的运行状况、使用寿命和分离成本等，抗氧化性能越高，可以更好的降低氧化剂对膜材料的破坏作用和对膜材料分离性能的影响。
4.因此，纳滤膜的抗氧化性能直接影响了纳滤膜的实际应用效果和使用寿命。提高纳滤膜的抗氧化性能，可以拓展纳滤膜的应用范围，充分发挥其性能。科学准确的测定纳滤膜的抗氧化性能和全面理解氧化条件对纳滤膜抗氧化性能的影响是非常重要的。但是，目前却没有规范的纳滤膜抗氧化性能测试方法，测试者采用的氧化方法和评价方法也各不相同，使得相关研究成果之间缺少可比性，测试结果缺乏一定的可靠性和重现性。


技术实现要素：

5.本发明旨在确定纳滤膜抗氧化性能评价标准，提供一种系统全面的纳滤膜抗氧化性能检测方法，将氧化条件控制为氧化性种类、浓度、测试温度、氧化时间、运行压力、表面流速等，以氧化条件对纳滤膜分离性能的影响，并通过脱盐率的变化来评价其抗氧化性能；方法可操作性强，提高了抗氧化性能检测方法的可靠性和检测结果的可比性。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
7.根据本发明的一个方面，提供了一种纳滤膜抗氧化性能测试方法，该方法针对于平板纳滤膜，并且包括以下步骤：
8.(1)预处理过程：在室温下将待测的纳滤膜片浸泡在去离子水或者蒸馏水中；
9.(2)初始脱盐率测试：采用硫酸镁测试溶液对步骤(1)得到的纳滤膜片进行脱盐率测试，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜片的初始脱盐率r0；
10.(3)氧化试验：配制活性氯浓度500～1500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节
氧化剂的ph值为4～11，设定试验压力为0.3～0.5mpa、试验温度为23～27℃、氧化时长为2～6小时、表面流速为0.3～0.6m/s，对步骤(2)得到的纳滤膜片进行氧化试验；氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗纳滤膜片；
11.(4)氧化后脱盐率测试：配制与步骤(2)相同浓度的硫酸镁测试溶液，并在与步骤(2)相同的测试条件下进行脱盐率测试，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜片的氧化后脱盐率r
t
；
12.(5)数据处理平板纳滤膜抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0013][0014]
进一步地，步骤(3)中所述次氯酸钠溶液的活性氯浓度为1000～1500mg/l。
[0015]
进一步地，步骤(3)中所述的试验压力为0.4～0.5mpa。
[0016]
进一步地，步骤(3)中所述的试验温度为25～27℃。
[0017]
根据本发明的另一个方面，提供了一种纳滤膜抗氧化性能测试方法，其特征在于，该方法针对于卷式纳滤膜元件，并且包括以下步骤：
[0018]
(1)预处理过程：用去离子水或者蒸馏水在线冲洗卷式纳滤膜元件；
[0019]
(2)初始脱盐率测试：采用硫酸镁测试溶液对步骤(1)得到的卷式纳滤膜元件进行脱盐率测试，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到卷式纳滤膜元件的初始脱盐率r0；
[0020]
(3)氧化试验：配制活性氯浓度500～1500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节氧化剂的ph值为4～11，设定试验压力为0.3～0.5mpa、试验温度为23～27℃、氧化时长为2～6小时、回收率13％～17％，对步骤(2)得到的卷式纳滤膜元件进行氧化试验；氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗卷式纳滤膜元件；
[0021]
(4)氧化后脱盐率测试：配制与步骤(2)相同浓度的硫酸镁测试溶液，并在与步骤(2)相同的测试条件下进行脱盐率测试，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到卷式纳滤膜元件的氧化后脱盐率r
t
；
[0022]
(5)数据处理：卷式纳滤膜元件抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0023][0024]
进一步地，步骤(3)中所述次氯酸钠溶液的活性氯浓度为1000～1500mg/l。
[0025]
进一步地，步骤(3)中所述的试验压力为0.4～0.5mpa。
[0026]
进一步地，步骤(3)中所述的试验温度为25～27℃。
[0027]
本发明的有益效果是：
[0028]
(一)本发明结合纳滤膜的实际运行情况，首次明确了纳滤膜抗氧化性能测试标准，提出对氧化过程中的活性氯浓度、ph值、运行压力、温度、运行时长、表面流速等条件进行控制和界定，提高了抗氧化性能测试方法的可靠性和检测结果的可比性，可重复性强。
[0029]
(二)本发明界定了氧化试验过程中的影响因素和数值范围，能够更加精准控制纳滤膜的氧化过程，通过相同条件测试其脱盐率的变化情况，从而判断和比较纳滤膜的抗氧
化性能，提高了抗氧化性能检测方法的可靠性和检测结果的可比性，可重复性强。
[0030]
(三)本发明针对目前商用较多的平板纳滤膜和卷式纳滤膜元件提出，因此本发明的抗氧化性能检测技术实用性强，具有重要的推广价值。
具体实施方式
[0031]
下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的详细描述，以下实施例1-3中的平板纳滤膜为商业化纳滤膜片，具体为沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型工业纳滤膜。以下实施例4-6中的卷式纳滤膜元件为商业化纳滤膜元件，具体为沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型卷式工业纳滤膜元件。以下实施例1-6中的纳滤膜性能测试装置为本领域常用设备，能够评价纳滤膜的渗透分离性能，如脱盐率、产水量等指标。硫酸镁测试溶液为纳滤膜脱盐率的常用测试溶液，根据纳滤膜的种类，参考gb/t 34242-2017《纳滤膜测试方法》、hy/t 113-2008《纳滤膜及其元件》以及相关纳滤膜制造商的产品手册等技术文件的测试要求)，其浓度一般可以在250～2500mg/l范围内选择。
[0032]
实施例1
[0033]
从沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型工业纳滤膜元件上采取一片表面无折皱、破损、划痕的纳滤膜片，尺寸大小能够完全覆盖纳滤膜性能测试装置的评价池密封圈。在室温下将纳滤膜片在去离子水中浸泡30分钟，然后将纳滤膜装入测试装置评价池，分离层朝向进水方向，在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜的初始脱盐率r0；
[0034]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为4，调节试验压力为0.3mpa、试验温度为23℃、氧化时长为6小时、表面流速为0.6m/s，对纳滤膜进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗纳滤膜。
[0035]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到平板纳滤膜的氧化后脱盐率r
t
。
[0036]
平板纳滤膜的抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0037][0038]
本实施例测试所得纳滤膜的脱盐率变化率为0.37％。
[0039]
实施例2
[0040]
从沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型工业纳滤膜元件上采取一片表面无折皱、破损、划痕的纳滤膜片，尺寸大小能够完全覆盖纳滤膜性能测试装置的评价池密封圈。在室温下将纳滤膜片在去离子水中浸泡40分钟，然后将纳滤膜装入测试装置评价池，分离层朝向进水方向，在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜的初始脱盐率r0；
[0041]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度1000mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为7，调节试验压力为0.4mpa、试验温度为25℃、运行时长3小时、表面
流速为0.5m/s，对纳滤膜进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗纳滤膜。
[0042]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到平板纳滤膜的氧化后脱盐率r
t
。
[0043]
平板纳滤膜的纳滤膜抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0044][0045]
本实施例测试所得纳滤膜的脱盐率变化率为-1.42％。
[0046]
实施例3
[0047]
从沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型工业纳滤膜元件上采取一片表面无折皱、破损、划痕的纳滤膜片，尺寸大小能够完全覆盖纳滤膜性能测试装置的评价池密封圈。在室温下将纳滤膜片在去离子水中浸泡35分钟，然后将纳滤膜装入测试装置评价池，分离层朝向进水方向，在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜的初始脱盐率r0；
[0048]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度1500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为11，调节试验压力为0.5mpa、试验温度为27℃、氧化时长为2小时、表面流速为0.3m/s，对纳滤膜进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗纳滤膜。
[0049]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到平板纳滤膜的氧化后脱盐率r
t
。
[0050]
平板纳滤膜抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0051][0052]
本实施例测试所得纳滤膜的脱盐率变化率为-3.75％。
[0053]
实施例4
[0054]
选用沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型卷式工业纳滤膜元件，将纳滤膜元件装入纳滤膜性能测试装置，用去离子水冲洗膜元件，然后在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的初始脱盐率r0；
[0055]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为4，调节试验压力为0.3mpa、试验温度为23℃、氧化时长为6小时、回收率为17％，对纳滤膜元件进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水冲洗纳滤膜元件。
[0056]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的氧化后脱盐率r
t
。
[0057]
卷式纳滤膜元件抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化
率：
[0058][0059]
本实施例测试所得卷式纳滤膜元件的脱盐率变化率为-0.42％。
[0060]
实施例5
[0061]
选用沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型卷式工业纳滤膜元件，将纳滤膜元件装入纳滤膜性能测试装置，用去离子水冲洗膜元件，然后在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的初始脱盐率r0；
[0062]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度1500mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为7，调节试验压力为0.5mpa、试验温度为25℃、氧化时长为2小时、回收率为15％，对纳滤膜元件进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水冲洗纳滤膜元件。
[0063]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的氧化后脱盐率r
t
。
[0064]
卷式纳滤膜元件抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0065][0066]
本实施例测试所得卷式纳滤膜元件的脱盐率变化率为-2.17％。
[0067]
实施例6
[0068]
选用沃顿科技股份有限公司生产的vnf1型卷式工业纳滤膜元件，将纳滤膜元件装入纳滤膜性能测试装置，用去离子水冲洗膜元件，然后在测试液箱中配制浓度为2000mg/l的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的初始脱盐率r0；
[0069]
随后进行氧化试验，配制活性氯浓度1000mg/l的次氯酸钠溶液作为氧化剂，调节次氯酸钠溶液的ph值为11，调节试验压力为0.7mpa、试验温度为27℃、氧化时长为3小时、回收率为13％，对纳滤膜进行氧化试验。氧化试验结束后，用去离子水或者蒸馏水冲洗纳滤膜。
[0070]
配制与初始脱盐率测试相同浓度的硫酸镁测试溶液，开启进水泵和高压泵，运行测试装置，调节测试条件与初始脱盐率测试相同，分别采集测试液和透过液，测试其电导率，得到纳滤膜元件的氧化后脱盐率r
t
。
[0071]
卷式纳滤膜元件抗氧化性能以脱盐率变化率表示，采用以下公式计算脱盐率变化率：
[0072][0073]
本实施例测试所得卷式纳滤膜元件的脱盐率变化率为-4.36％。
[0074]
可见，根据本发明所提供的纳滤膜抗氧化性能检测方法，对纳滤膜进行预处理后，
能够有效除去膜表面的一些物理吸附在上面的未反应物质和膜保护剂，减少这些物质对膜性能的影响。同时，对氧化过程中的次氯酸钠溶液活性氯浓度、ph值、试验压力、试验温度、氧化时长、表面流速等条件进行控制和界定，减少了测试的误差，提高了抗氧化性能测试方法的可靠性和检测结果的可比性，增强了结果的可重复性。采用脱盐率变化率表示纳滤膜的抗氧化性能，更符合于纳滤膜的实际应用情况，测试结果更具有实际意义。
[0075]
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。