[發明專利]同步提高聚酰胺反滲透復合膜通量及抗污染性能的方法

有效

• 申請號: 201910998809.0
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110743377B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 俞三傳;呂振華;劉梅紅
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D69/02;B01D71/56
• 代理公司: 浙江英普律師事務所 33238
• 代理人: 陳小良

本發明涉及一種同步提高聚酰胺反滲透復合膜通量及抗污染性能的方法，本發明首先利用1?(3?二甲氨基丙基)?3?乙基碳二亞胺鹽酸鹽活化聚酰胺反滲透復合膜表面的羧基，使其與伯胺、仲胺或羥基進行反應以引入叔胺基團；接著利用叔胺基團與磺酸內酯反應在膜表面實現以化學鍵的形式引入兩性分子的目的；另一方面，由于該水分子層的保護，進料液中的污染物不會在膜表面沉積而造成膜污染；此外，該方法為后處理，不影響聚酰胺分離層的整體一致性，從而在不犧牲聚酰胺反滲透復合膜截留性能的基礎上，同步提高商品化聚酰胺反滲透復合膜滲透性能及抗污染性能，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種同步提高聚酰胺反滲透復合膜通量及抗污染性能的方法，屬于分離膜制備技術領域，可以同時提高商品化聚酰胺反滲透復合的滲透通量及抗污染性能，降低運行維護成本，為進一步拓展反滲透膜分離技術的應用領域提供條件。

背景技術

作為反滲透技術的核心，反滲透膜材料的發展經歷了均質對稱膜、不對稱膜和復合膜三個階段，目前市場上使用的反滲透膜主要是芳香聚酰胺復合膜，由均苯三甲酰氯與間苯二胺在聚砜微孔膜表面通過界面聚合制備而成，具有通量大、脫鹽率高、化學穩定性好等優點。

但該類型的聚酰胺反滲透復合膜在實際運行過程中容易遭受膜污染，不僅降低膜的綜合分離性能，同時還需要增加運行維護成本，從而限制了反滲透技術的進一步應用。聚酰胺反滲透復合膜污染除了與運行過程中的工藝條件有關外，還與其自身特性如親疏水性、孔徑分布、粗糙度、表面電荷及表面張力等因素有關，具體表現為：

(1)聚酰胺反滲透復合膜表面相對較為疏水。為了獲得較高的無機鹽脫除率，目前商品化聚酰胺反滲透復合膜常選用均苯三甲酰氯及間苯二胺為單體進行界面聚合反應得到，其膜表面相對較為疏水，接觸角一般為50-60°。進料液中的有機污染物主要包括油、生物大分子(牛血清蛋白等)、天然有機物、腐殖酸、多糖等，其分子結構中基本上都具有疏水鏈段，膜表面越疏水，則污染物越容易因疏水性相互作用力吸附在膜表面導致有機污染，最終表現為產水效率快速降低。

(2)聚酰胺反滲透復合膜表面較為粗糙。查閱反滲透復合膜相關文獻或通過對商品化聚酰胺反滲透復合膜進行表征可以發現，其粗糙度一般在50-70nm，有的甚至高達90nm以上。雖然膜表面的峰谷結構可以增加比表面積，一定程度上提升滲透通量，但在實際運行過程中，進料液中的污染物優先沉積在山谷結構處造成堵塞，有效過濾面積快速下降，甚至低于光滑膜表面的過濾面積；同時污染物附著后，由于凸起的山峰結構會屏蔽進料液的剪切力作用，使沉積的污染物不易被沖洗除去。為恢復其初始滲透性能，需要進行苛刻的化學清洗，不僅增加維護成本，同時也會對膜表面的聚酰胺分離層造成不可逆的損傷，縮短其使用壽命。

(3)聚酰胺反滲透復合膜表面富含羧基。在常規運行條件下呈現較強的負電性，不僅會使進料液中的鈣離子在膜表面富集并形成結晶導致無機鹽結垢污染，同時還能通過鈣離子的架橋作用，增加有機污染物與膜表面的作用力，加劇膜污染。

為了緩解膜污染現象，提高實際運行效率，主要可以從改善預處理、優化系統運行工藝、進行周期性化學清洗以及開發抗污染膜材料。然而，對原水進行預處理需要建造絮凝池、活性污泥池等操作單元，增加投資成本；通過優化系統運行工藝雖然可以緩解膜污染，但其改善程度相對較小；對膜進行周期性化學清洗，雖然可以一定程度恢復反滲透膜滲透性能，但一方面大量使用化學試劑會增加運行維護成本、導致二次污染，另一方面頻繁的清洗也會對膜材料造成破壞，縮短膜使用壽命；因此，深入研究膜污染機理，針對膜材料本身，開發具有優良抗污染性能的聚酰胺反滲透復合膜具有重要的現實意義。