[發明專利]新型復合正滲透膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201110447555.7
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN103182252A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 薛立新;黃燕;紀曉聲;朱紅芳;陳景
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;雷芳

技術領域

本發明屬于水處理用高分子膜的制備領域，具體涉及用于正滲透過程中的新型復合正滲透(Forward?Osmosis，FO)膜的制備方法。

背景技術

正滲透膜分離過程是近些年來發展起來的一種新型膜分離技術，與傳統的壓力驅動型膜過程相比，正滲透過程不需要外加壓力，能耗較少，過程對膜的污染程度較低，過程的回收率較高，環境效應友好，由于正滲透過程的這些優點使得其在海水淡化、苦咸水脫鹽、食品濃縮、發電、藥物控制釋放等領域有著廣闊的發展空間。

正滲透膜是正滲透過程的核心，其性能的好壞決定著正滲透過程能否得到大規模應用。目前應用在正滲透過程中的正滲透膜的研究較少，商品正滲透膜只有美國Hydration?Technology?Inc.公司通過相轉化法生產，相關專利為WO2006110497A2，材料選用醋酸纖維素類，使其應用過程中受到處理溶液pH條件的限制，且其膜通量較低。

目前分離膜市場中反滲透膜占膜市場的85％，反滲透膜的制備過程發展較為成熟，商品反滲透膜可以達到很高的通量，因此正滲透過程要取代傳統壓力驅動型膜過程需要對正滲透膜進行進一步研究使其達到較高的膜性能，綜合其能耗低的優勢才有可能在膜市場上實現其廣闊的應用價值。因此開發高通量、高性能的正滲透膜對正滲透膜過程具有重要的意義。

正滲透過程中制約膜通量的主要因素是過程中發生在多孔支撐層中的內濃差極化現象，其存在使得正滲透膜通量遠低于理論膜通量，因此要提高正滲透膜的通量就要盡可能降低過程中的內濃差極化現象。復合正滲透膜由于制備過程中可以分別對底膜和表面活性分離層進行優化，使其結構盡可能降低內濃差極化作用對水通量的影響，使其更容易制備高通量的正滲透膜，且可以選用不同的材料應用于不同的溶液體系中，由于復合正滲透膜的優點，目前世界上很多研究機構正在對復合正滲透膜的制備進行研究探索，但總體上，正滲透膜的通量提高不是很大。因此，需要一種新型的復合正滲透膜的制備方法，在優化復合正滲透膜結構的基礎上，進一步提高正滲透過程的水通量。

發明內容

本發明的目的是針對現有正滲透膜制備技術的不足而提供一種新型復合正滲透膜及其制備方法，主要是通過優化復合正滲透膜的多孔支撐層和表面超薄層的物化性質來實現。

本發明提供一種新型的復合正滲透膜的制備方法，技術構思如下：采用一定的溶劑溶解聚合物，使其在加熱攪拌的條件下溶解，得到均勻透明的鑄膜液；將低密度聚酯支撐層黏貼在玻璃板上，采用一定厚度的刮刀將鑄膜液涂敷在支撐層上，在凝膠浴中相轉化成膜；在制備的支撐底膜上采用新型的界面聚合方法(在水相和/或有機相中添加一定濃度的添加劑)進行超薄分離層的制備，并對其進行一定的熱處理，得到新型的復合正滲透膜。以及任選地，在所述鑄膜液中加入一定孔徑和粒子直徑的親水性納米粒子，采用超聲使納米粒子在鑄膜液中進行均勻分散的步驟。

本發明的第一方面，提供一種復合正滲透膜，為三層結構，包括：低密度無紡布層、多孔支撐層和超薄分離層，所述多孔支撐層處于所述低密度無紡布層和超薄分離層之間。

在另一優選例中，所述低密度無紡布層的厚度為80μm-110μm，由聚酯制成，密度＜50g/m³。

在另一優選例中，所述的多孔支撐層由聚合物制成，所述聚合物為聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、聚砜酰胺、聚芳醚砜酮、聚芳醚腈酮、共聚聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、或醋酸纖維素類。

底膜平均孔徑在20nm-80nm，厚度在120μm-180μm.

在另一優選例中，所述超薄分離層為致密結構，厚度為60nm～180nm，由多元胺水溶液與多元酰氯有機溶液在所述多孔支撐層上反應制成。

所述超薄分離層是指對高分子物質、多價離子甚至一價離子具有較高截留能力的分離薄層，其中，對一價離子的截留率達到95％以上。

在另一優選例中，所述多元胺為哌嗪及其衍生物、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、均苯三胺、二元脂肪胺、或多元脂肪胺；

所述多元酰氯為鄰苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯、對苯二甲酰氯、或均苯三甲酰氯。

在另一優選例中，所述二元脂肪胺為乙二胺。

本發明的第二方面，提供復合正滲透膜的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將鑄膜液涂敷在低密度無紡布層上，在凝膠浴中相轉化得到多孔支撐層；

(2)在所述多孔支撐層上，多元胺水溶液與多元酰氯有機溶液反應形成所述超薄分離層。