[發明專利]具有官能化星型聚合物的薄膜復合膜

有效

• 申請號: 201580038032.3
• 申請日: 2015-07-13
• 公開（公告）號: CN106659984B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 羅英惠;V·李;G·J-M·杜博伊斯;R·D·米勒;J·斯利
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;B32B27/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平;張波

薄膜復合膜(TFC)包括載體(24)上的活性層(26)。該活性層(26)包括至少8個星型聚合物阻隔層(28)，該星型聚合物各自具有至少三個附著到中心核的線性聚合物。每個阻隔層(28)具有5至50nm的厚度，且阻隔層(28)具有交替的電荷。

發明背景

膜技術例如微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)是用于水純化和其它液體分離的能量高效的且成本節約的方法。NF膜已經廣泛用于含鹽水處理、廢水再利用和水軟化中，因為它們與RO相比要求相對低的操作壓力。NF膜還保持高的水通量而對小的有機污染物和多價離子物質(其不能通過多孔UF或MF膜容易地除去)具有良好過濾效率。

參考圖1，NF膜10包括支撐網12，多孔中間層14、通常的聚砜(PSF)和阻隔層16。該多層構造被稱作薄膜復合膜(TFC)。阻隔層在控制分離性能中起到重要作用，同時支撐層提供了足夠的機械強度以使得TFC復合膜10可耐受外部操作壓力。

發明內容

通過二胺類和酸性氯化物的界面聚合制備的商業NF膜以合理的高水通量除去小的有機污染物和離子物質。但是，控制膜結垢(孔堵塞或在膜表面上有機污染物的物理吸附)和進一步提高通量是提高膜壽命并降低總的操作成本所需要的。

通常，本發明的實施方式涉及抗結垢的高度水滲透性的NF膜，其包括分層的官能化星型聚合物的活性層。在各種實施方式中，將具有交替電荷的星型聚合物逐層(LBL)沉積到多孔支撐基底上形成致密活性層。在該活性層中構成阻隔層的星型聚合物具有明確定義的球狀結構，其具有高度致密的外部官能團，所述官能團可被選擇以提高分離性能并消除膜結垢。

在一個實施方式中，本公開涉及包括載體上的活性層的薄膜復合膜(TFC)。活性層包括至少8個星型聚合物阻隔層，其中星型聚合物包括至少三個連接在中心核的線性聚合物。每個阻隔層具有5-50nm的厚度，阻隔層具有交替的電荷。

在另一個實施方式中，本公開涉及用于制備膜的方法，其包括：a)將具有第一表面電位的支撐膜的表面暴露于第一溶液以在所述表面上形成第一帶電阻隔層，其中第一溶液包含在第一溶劑中的第一星型聚合物，且其中第一星型聚合物具有與第一表面電位相反的第二表面電位；b)將第一帶電阻隔層暴露于第二溶液以在第一帶電阻隔層上形成第二帶電阻隔層，其中第二溶液包含第二溶劑和第二星型聚合物，其具有與第二表面電位相反的第三表面電位；和c)重復步驟a)和b)以在支撐膜上形成自組裝星型聚合物的多層堆疊。

在一些實施方式中，球形的星型聚合物的橫向自組裝行為可以為薄聚合物膜提供高的堆積密度和降低的缺陷。在一些實施方式中，在球形的星型聚合物之間的空間可產生額外的自由體積，其可通過提供水分子的滲出途徑而提高水滲透性。在一些實施方式中，星型聚合物可被設計為包含帶電物質的混合官能團以提供廣泛的期望益處。例如，帶電物質可選擇為通過靜電相互作用和/或氫鍵而提供LBL組裝以促進膜形成。在另一個實施例中，中性親水部分可提供結垢控制和更有效地抑制在長期NF操作過程中由于膜結垢引起的通量降低。

附圖說明

本發明的實施方式接下來將結合附圖僅通過舉例方式進行描述，所述附圖中，圖中的相似數字指示相似的要素：

圖1是納濾(NF)膜的示意性橫截面視圖。

圖2是包括分層官能化星型聚合物的阻隔層的NF膜的示意性橫截面視圖。

圖3是具有帶正電和帶負電星型聚合物的結構的示意圖。

圖4是逐層(LBL)組裝的薄膜復合NF膜的示意性橫截面視圖。

圖5是通過在多孔PSF載體上SPP和SPN星型聚合物的LBL組裝制備的薄膜復合膜的從上至下的一系列SEM圖像。

圖6是使用未改性的PSF UF膜、LBL-組裝星型聚合物膜(1～4LBL)和商業NF膜獲得的染料排斥率(％)(左圖)和水通量(右表)的圖。