[發明專利]一種高通量復合正滲透膜的連續制備方法

在審

• 申請號: 201710081934.6
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106823826A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 凡祖偉;徐愿堅;韓君;王蕾;張如意;李振
• 申請（專利權）人: 北京新源國能科技集團股份有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D61/00;B01D69/12;B01D71/68;B01D71/42;B01D71/16
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術領域

本發明屬于高分子分離膜技術領域，具體涉及一種高通量復合正滲透膜的連續制備方法。

背景技術

正滲透(FO)技術是利用自然滲透壓，使水分子從半透膜一側(原料液側)向具有更高滲透壓的另一側(汲取液側)滲透，然后將汲取液再生循環而獲得淡水的方法。因此，正滲透是在常壓下以膜兩側滲透壓差為驅動力自發實現水傳遞的膜分離過程。與反滲透(RO)相比，正滲透過程具有低壓甚至無壓操作、低能耗、優良脫鹽性能、低膜污染、高回收率、零排放等諸多優勢。正滲透技術應用于海水淡化、液體食品的加工和藥物產品等方面，是最具潛力的水凈化和脫鹽技術。與反滲透膜相似，正滲透膜一般也由致密皮層和多孔支撐層組成，但正滲透膜的滲透通量往往受制于發生在多孔支撐層內部的濃差極化效應。將成熟的反滲透膜用于正滲透過程，實驗發現正滲透產水量遠低于預期。因此，不同于反滲透膜，正滲透膜在具備選擇透過性的同時，其支撐層結構需要進一步優化以減緩其中的內部濃差極化現象。高性能的正滲透膜的支撐層應具備更薄的厚度、更高的孔隙率以及更低的空曲折度。

正滲透膜的支撐層的制備過程一般是將聚合物鑄膜液復合在低密度支撐材料(如低密度的織物、無紡布、篩網等)表面，經凝固浴固化成形后，得到復合支撐基膜。專利CN103182252B公開了典型復合正滲透膜及其制備方法，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；接著在多孔支撐層上，多元胺水溶液與多元酰氯有機溶液反應形成超薄分離層，從而得到包括低密度無紡布層、多孔支撐層和超薄分離層的具有三層結構的復合正滲透膜。這種方法制備復合正滲透膜存在的主要問題是：鑄膜液極易滲入甚至透過低密度支撐層，最終形成較厚的聚合物層，不利于正滲透膜通量的提高。專利CN106215715A公開了一種高通量復合正滲透膜的制備方法，以多孔材料為成膜基底，將篩網固定于多孔材料的成膜基底上，將聚砜鑄膜液涂覆在篩網上，然后浸入凝膠浴中相轉化得到多孔基膜；在多孔基膜表面進行界面聚合反應生成活性分離層。成膜基底的多孔結構使得基膜中更易形成貫穿的指狀孔結構和開放的底面結構，從而降低正滲透過程中的內濃差極化現象，提高了復合正滲透膜的水通量。該方法制備復合正滲透膜，鑄膜液依然會滲過篩網，由于篩網兩側的鑄膜液幾乎同時與水接觸發生相分離，容易形成雙皮層。

為了有效降低正滲透膜的總厚度，削弱支撐層中的內部濃差極化現象，提高正滲透膜的滲透通量，專利CN105617885A公開的制備方法是：采用雙面鑄膜的方式，首先在疏松的支撐材料表面涂覆以高黏度的第一鑄膜液并經凝固浴固化成形，隨后在所得復合支撐體的另一側涂覆以低粘度的第二鑄膜液并經凝固浴固化成形，由于第一聚合物層的存在，有效防止了第二鑄膜液的滲漏；在第二聚合物層表面進行界面聚合后，將第一聚合物層從復合結構中剝離，得到了較薄的第二聚合物層。該制備方法工序繁多，過程復雜，且第一聚合物層的剝離、回收增加了生產成本，不利于產業化。

發明內容

針對上述問題，本發明所要解決的問題是提供一種高通量復合正滲透膜的連續制備方法。該方法不但過程簡單，操作容易，而且能夠有效提高支撐基膜的孔隙率，形成疏松、多孔、開放的底面結構，從而減弱支撐層中的內部濃差極化現象，提高正滲透膜的滲透通量。

一種高通量復合正滲透膜的連續制備方法，該方法具體包括如下步驟：

1)支撐基膜的制備：支撐材料在牽引作用下穿過雙側刮刀之間的間隙，利用雙側刮刀在支撐材料兩側同時連續涂覆鑄膜液，一側涂覆高濃度鑄膜液，另一側涂覆低濃度鑄膜液，所得復合物經過空氣段后，浸入凝固浴中固化成形，得到復合正滲透膜支撐基膜；

2)復合正滲透膜的制備：在所述支撐基膜的高濃度鑄膜液涂覆側表面進行界面聚合，形成具有交聯結構的表面分離層。

進一步的優選，所述支撐材料為低密度的無紡布、織物或篩網；所述無紡布的材料包括但不限于聚酯、尼龍、聚乙烯或聚丙烯；所述織物或篩網的材料包括但不限于聚酯、尼龍、聚乙烯、聚丙烯、不銹鋼、玻璃纖維或碳纖維；所述支撐材料的厚度為30-150μm，孔隙率為50-95％。

進一步的，上述涂覆鑄膜液的裝置是，支撐材料兩側分別為平行支撐材料的可動擋板(3)，同時在可動擋板(3)的下面為傾斜的刮刀(4)，在支撐材料的同一側，可動擋板(3)與刮刀(4)之間的有一空隙，空隙大小可根據需要調整。雙側刮刀配合可動擋板控制鑄膜液的涂覆厚度；所述雙側刮刀之間的間隙為50-200μm；所述可動擋板可以上下、內外移動，用以控制兩種鑄膜液的施放次序或施放量，從而調節兩種鑄膜液的相對涂覆厚度。