[發(fā)明專利]一種介孔氧化硅球/半芳香聚酰胺納米復(fù)合反滲透膜及其制備方法

在審

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• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104841295A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李強(qiáng);張夢;劉靜;潘獻(xiàn)輝;吳非洋
• 申請（專利權(quán)）人: 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/12;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米復(fù)合反滲透膜及其制備方法。

背景技術(shù)

復(fù)合反滲透膜主要由分離層、支撐層和無紡布層三部分組成，其中分離層是起分離作 用的功能層。聚酰胺型復(fù)合反滲透膜可應(yīng)用于苦咸水淡化、海水淡化以及廢水處理等領(lǐng)域， 具有廣闊的應(yīng)用前景。該類反滲透膜通常以有機(jī)酰氯和有機(jī)胺為主要原料單體通過界面聚 合法制備獲得。界面聚合法是將反應(yīng)活性很高的兩種單體分別溶解在兩種互不相溶的溶劑 中，通過在兩種溶劑界面發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子膜材料的方法；該方法廣泛用于制備復(fù) 合反滲透膜。目前商業(yè)化的主流膜材料為芳香聚酰胺型反滲透膜，它通常由均苯三甲酰氯 和間苯二胺作為反應(yīng)單體通過界面聚合反應(yīng)得到。近年來通過開發(fā)新型膜材料，提高復(fù)合 反滲透膜的分離性能從而降低其在膜分離過程中的能耗和成本，成為新型反滲透膜的研究 熱點之一。

所謂半芳香聚酰胺是指參與反應(yīng)的兩種有機(jī)單體(有機(jī)胺和有機(jī)酰胺)只有一種具有 芳香性，由這兩種單體發(fā)生聚合反應(yīng)所得到的聚酰胺材料。半芳香聚酰胺與芳香聚酰胺相 比，前者的高分子鏈具有更好的柔性和水分子透過性，并且該材料具有良好的親水性。因 此，將半芳香聚酰胺應(yīng)用于反滲透膜制備會顯著提高膜材料的水通量以及親水性。介孔氧 化硅球具有親水性好、孔隙率高、孔徑均一、形貌規(guī)則、制備簡單等優(yōu)點；因此借助于介 孔氧化硅球親水性好、孔隙率高等結(jié)構(gòu)特點，在復(fù)合反滲透膜制備過程中，將其作為添加 劑引入到膜材料的分離層中，介孔氧化硅球的高孔隙率將會顯著提高分離層的水分子透過 性，并且介孔氧化硅球的引入也有望使反滲透膜分離層本身的交聯(lián)度得到進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn) 而大大提升復(fù)合反滲透膜的水通量，從而使分離性能提高成為可能。然而，目前尚未見將 介孔氧化硅引入到半芳香聚酰胺反滲透膜中的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是如何提高復(fù)合反滲透膜分離性能的技術(shù)問題，提供一種介孔氧化 硅球/半芳香聚酰胺納米復(fù)合反滲透膜及其制備方法，通過界面聚合法在超濾支撐膜表面形 成一層含有介孔氧化硅球的半芳香聚酰胺功能分離層而獲得，由于介孔納米氧化硅球表面 帶有豐富的硅羥基功能團(tuán)，因此與半芳香聚酰胺分離層之間具有較強(qiáng)的氫鍵作用，因此可 穩(wěn)定分散于半芳香聚酰胺分離層中，使得該復(fù)合反滲透膜水通量高、性能穩(wěn)定、親水性好； 同時其制備方法過程簡單，可操作性強(qiáng)，制備條件易于控制，具有廣闊的規(guī)模化應(yīng)用前景。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種介孔氧化硅球/半芳香聚酰胺納米復(fù)合反滲透膜，該復(fù)合反滲透膜通過界面聚合法 在超濾支撐膜表面生成一層含有介孔氧化硅球的半芳香聚酰胺功能分離層構(gòu)成，具體由以 下制備方法得到：

(1)將超濾支撐膜直接浸入到含間苯二胺、樟腦磺酸和三乙胺的水相溶液中，浸漬 0.5-10分鐘，取出后除去所述超濾支撐膜表面過量的水相溶液；所述水相溶液中間苯二胺 的濃度為0.5-5.0w/v％，樟腦磺酸的濃度為0.5-4.6w/v％，三乙胺的濃度為0.6-3.5w/v％；

(2)將環(huán)已基-1,3,5-三甲酰氯和介孔氧化硅球加入到有機(jī)溶劑中并進(jìn)行超聲分散 30-60分鐘配制成均勻的油相溶液；所述油相溶液中所述環(huán)已基-1,3,5-三甲酰氯的濃度為 0.05-0.6w/v％；所述介孔氧化硅球的濃度為0.01-0.1w/v％；所述介孔氧化硅球的尺寸為 20-200納米，介孔孔徑為2-20納米；

再將步驟(1)得到的超濾支撐膜浸入到所述油相溶液中進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，反應(yīng)時 間為0.4-8分鐘，從而在超濾支撐膜表面生成一層嵌有介孔氧化硅球的半芳香聚酰胺功能 皮層，形成初生態(tài)納米復(fù)合反滲透膜；

(3)取出后除去所述初生態(tài)納米復(fù)合反滲透膜表面過量的油相溶液，進(jìn)行熱處理， 熱處理溫度為70-90℃，熱處理時間為3-20分鐘，最后用去離子水沖洗即可得到介孔氧化 硅球/半芳香聚酰胺復(fù)合反滲透膜。

其中，所述超濾支撐膜為聚砜超濾支撐膜或聚醚砜超濾支撐膜。

其中，所述聚砜超濾支撐膜或聚醚砜超濾支撐膜的孔徑為40-100納米。

其中，所述油相溶液中的有機(jī)溶劑為Isopar?G型混合烴、正已烷或正庚烷。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述水相溶液中間苯二胺的濃度為2w/v％；步驟(2)中所述油 相溶液中環(huán)已基-1,3,5-三甲酰氯的濃度為0.1w/v％，介孔氧化硅球的濃度為0.04w/v％。