[發明專利]一種抗污染復合蒸餾膜及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710251418.3
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107020017A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 蔣新龍;蔣益花
• 申請（專利權）人: 浙江樹人學院（浙江樹人大學）
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙)33230
• 代理人: 魏星

技術領域

本發明屬于膜技術領域，具體涉及一種復合蒸餾膜，尤其涉及一種抗污染復合蒸餾膜及其制備方法和應用。

背景技術

在傳統的膜蒸餾過程中，疏水性微孔蒸餾膜與料液直接接觸，料液中的物質會在微孔蒸餾膜表面發生吸附、結晶和沉積等污染現象，導致蒸餾膜的微孔被堵塞，使膜通量降低；同時，在蒸餾膜表面沉積的污染物也會降低膜的疏水性，使蒸餾膜容易發生膜孔潤濕和料液透過的現象，導致膜分離的效率下降。這種膜污染問題是限制膜蒸餾技術工業化應用的主要原因之一。

目前，對蒸餾膜材料的研究很多，有各種材料的疏水膜、改性的親水膜、有機-無機復合膜等等，但從膜蒸餾過程的工作機理來看，比較理想的還是強疏水性膜材料，其中聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP) 三種膜材料是主要研究開發對象。從疏水性、耐氧化性、化學穩定性及耐溫性來看，PTFE是最理想的蒸餾膜材料。

膜蒸餾過程是在常壓條件下操作，被傳遞的是揮發性物質，蒸餾膜兩側邊界層上揮發物的蒸氣壓差相當小，故膜孔稍有堵塞，膜滲透通量就會急劇下降。有機物在膜表面的吸附量與膜的表面能大小有關，表面能越小，吸附量越大。PTFE微濾膜是強疏水性膜，表面能很小，極易吸附有機物引起膜污染，如要用于高性能蒸餾膜的開發就必須解決膜污染的問題。為提高膜的抗污染能力，對微孔膜進行表面改性是最常用的方法。

膜表面的功能性基團對膜抗污染性能起決定性作用。根據膜污染機理分析，污染物與膜之間的相互作用對膜表面吸附影響很大，通過膜表面功能性基團的改性可顯著改變膜與污染物之間的相互作用。因此，膜分離技術領域出現了很多與膜表面改性相關的研究報道。Xiao．Lin Li等人采用紫外輻照聚合法、表面季胺化交聯反應及等離子體技術在分離膜本體中引入功能性基團，通過改變分離膜表面的電性能提高其抗污性。Jin-Soo Park等人在ED中加入水溶性聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚醚酰亞胺(PEI)高分子，通過調節陰離子交換膜表面電性能改善膜抗污性。由此可見，通過膜表面親水化改性提高膜抗污染能力的研究在其他膜分離過程中已非常普遍，技術也比較成熟，特別在超濾和納濾方面取得了良好的效果。但所有這類膜分離過程的滲透物均是直接通過膜孔來完成，不存在膜孔潤濕的問題。但對蒸餾膜的表面改性必須對孔堵塞和孔潤濕兩方面兼顧，這就大大增加了改性的難度，尤其是對化學性能非常穩定以及拉伸成膜結構的PTFE膜的表面改性則更難。

在蒸餾膜表面改性有許多研究。如CN1068973A公開了一種利用高分子疏水材料來改性微孔膜制備膜蒸餾材料的方法，將親水性或疏水性不強的微孔膜改性為疏水膜。結果表明親水膜經改性后可用于膜蒸餾過程，疏水膜經改性后性能優于未改性的膜性能，對鹽的截留率達到98％左右。分析其改性過程可知，提高膜的疏水性可以改善滲透性能，但高分子涂層過程可能存在均勻性差和堵塞膜孔等問題，限制了其應用。CN101632903A公開了一種聚偏氟乙烯蒸餾膜材料，其60Kpa下，氣體通量為6m³/m².kpa。該專利的主要工作內容在于提高膜的疏水性的配方，但膜蒸餾性能未知。CN101249388A公開了一種復合平板蒸餾膜及其制備方法，以經過功能整理的紡織品為支撐體，并在支撐體上涂層疏水性聚合物微孔膜。獲得膜材料的24小時透濕量為6～9kg。通量非常低，可能是疏水性不足且跨膜阻力太大引起的。CN102228801B公開了一種高通量、高鹽截留率的疏水改性蒸餾膜材料及其應用，以超濾或微濾膜材料為基膜，表面通過嵌入或共價接枝的方式增加納米疏水層。該發明雖然具有高通量、高鹽截留率性能，但因其基膜及納米疏水層所用原料性質的限制，其耐氧化性、化學穩定性、耐溫性等理化性能均達不到PTFE膜水平；同時，其通過疏水層來提高膜的抗污染性能，這在富含有機質的工業廢水處理、生物質溶液濃縮、蛋白質溶液或果汁濃縮等含有機污染物的介質是行不通的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種抗污染復合蒸餾膜，該蒸餾膜具有雙層結構，在聚四氟乙烯微濾膜熱側面界面聚合了一層厚度、密度可控的具有剛性分子結構的親水膜，從而大大提高了蒸餾膜的抗污染性能；該蒸餾膜特別適用于膜蒸餾過程，具有良好的抗污染性能，微孔膜不易被堵塞及潤濕，可提高膜蒸餾膜的通量及蒸餾液質量，延長蒸餾膜的工作時間。

本發明解決技術問題所采用的技術方案為：