[發(fā)明專利]納米復合材料膜及其制備和使用方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680007751.X
• 申請日: 2006-02-27
• 公開（公告）號: CN101137427A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發(fā)明（設計）人: E·霍克;Y·嚴;B－H·卓恩
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學校務委員會
• 主分類號: B01D63/00
• 分類號: B01D63/00;B01D63/08;B01D71/06;B01D71/40;B01D71/46;B01D71/56;B01D71/66;B01D71/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘守期;唐鐵軍

相關申請的交叉參引

本申請要求2005年3月9日提交的美國申請No.60/660,428的優(yōu)先權，該申請全部內容在此通過引用的方式納入本說明書。

背景技術

生物污染為現代脫鹽膜(例如反滲透(RO)或納濾(NF)膜)關注的一個主要問題，因為其不容易清除，從而使很多應用如海水和微咸水的淡化以及常規(guī)的水和廢水處理很麻煩。膜分離領域中的一個突破為薄膜復合材料膜的開發(fā)，該薄膜復合材料膜特征在于將一種超薄“阻隔”層負載于一種多孔基體上。在薄膜復合材料膜中，聚酰胺薄膜復合材料膜由于其極好的分離特性和能效已被廣泛地商業(yè)化應用于水凈化，如海水淡化、地表水處理以及廢水回收。

近年來，常規(guī)聚酰胺薄膜復合材料膜的透水性已經得到了顯著改善，而在溶質截留方面無明顯的變化。聚酰胺薄膜復合材料膜由于其極好的膜選擇性而被廣泛地商業(yè)化應用于RO分離，如海水淡化、水處理以及廢水回收。盡管具有該優(yōu)點，常規(guī)聚酰胺(PA)薄膜復合材料(TFC)膜在這些應用中的一個問題為由于生物污染物而造成的性能損失，該污染物通常不能通過進料水的預處理、膜表面改性、模具和方法的優(yōu)化或者化學清洗而消除。S.Kang等人，Direct?Observation?of?Biofouling?inCross-flow?Microfiltration：Mechanisms?of?Deposition?and?Release，Journal?of?Membrane?Science244(2004)151。少量的微生物沉積會導致廣泛的生物膜生長，RO工藝中所述生物膜的生長會導致更高的操作壓力和更頻繁的化學清洗。這反過來可能縮短膜的壽命及損害產品水的質量。

因此，仍需要這樣的方法和組合物，它們克服這些不足且有效地提供具有改進的抗污性、抗微生物(殺生物)活性、透水性以及脫鹽性的膜。

發(fā)明內容

根據本發(fā)明的目的，如本文所具體化的和寬泛地記載的，本發(fā)明一方面涉及一種包含一種含有聚合物基體和分布于該聚合物基體中的納米顆粒的膜層的納米復合材料膜，其中該膜層基本上透水并且基本上不透雜質。另一方面，該納米復合材料膜還可包括一個親水層。

另一方面，本發(fā)明涉及一種包含一種含有界面聚合的聚酰胺基體和分散于該聚合物基體中的沸石納米顆粒的膜層的納米復合材料膜，其中該膜層基本上透水并且基本上不透鈉離子。另一方面，該納米復合材料膜還可包括一個親水層。

另一方面，本發(fā)明涉及一種制備納米復合材料膜的方法，該方法包括以下步驟：提供一種含極性液體和一種與該極性液體混溶的第一單體的極性混合物；提供一種含有與該極性液體基本不混溶的非極性液體和與該非極性液體混溶的第二單體的非極性混合物；提供存在于該極性混合物或該非極性混合物中的納米顆粒，其中這些納米顆粒與該非極性液體混溶且與該極性液體混溶；以及使該極性混合物和該非極性混合物在一個足以使該第一單體與該第二單體反應的溫度下接觸，從而使該第一單體和該第二單體界面聚合以生成一種聚合物基體，其中該納米顆粒分布于該聚合物基體中。

另一方面，本發(fā)明涉及一種制備納米復合材料膜的方法，該方法包括以下步驟：將一種聚砜膜在一種含間苯二胺的水溶液中浸濕，并將一種己烷溶液倒在浸濕的聚砜膜上，所述己烷溶液含有均苯三甲酰氯(tr?imesoyl?chlor?ide)和懸浮于該己烷溶液中的沸石納米顆粒，從而使間苯二胺和均苯三甲酰氯界面聚合以生成一種膜層，其中沸石納米顆粒分散于該膜層中。

另一方面，本發(fā)明涉及一種含有具有一個膜面的膜層的納米復合材料膜，其中該膜層包含一種聚合物基體、一個貼近(proximate)該膜面的親水層、以及分布在該親水層中的納米顆粒，其中該膜層基本上透水并且基本上不透雜質。

另一方面，本發(fā)明涉及一種制備納米復合材料膜的方法，該方法包括以下步驟：提供一種含水、親水聚合物、納米顆粒以及任選至少一種交聯劑的水性混合物；提供一種基本上透水且基本上不透雜質的聚合物膜層；使該混合物和該膜層接觸，從而生成一種與該膜層接觸的親水納米復合材料層，并從親水納米復合材料層中蒸發(fā)至少一部分水。

另一方面，本發(fā)明涉及由本發(fā)明的方法制備的產品。