[發明專利]一種高通量高脫鹽率的復合膜制備方法及所制備的復合膜

在審

• 申請號: 202010220117.6
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111330450A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 陳幸;曾浩浩;任朝華;李明;石楚道
• 申請（專利權）人: 湖南沁森高科新材料有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D61/02;C02F1/44
• 代理公司: 長沙思創聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 43215
• 代理人: 夏興友

本發明提供高通量高脫鹽率的復合膜制備方法，包括步驟：配置水相溶液：純水中加入多元胺類物質、表面活性劑、特定添加劑；多元胺類物質0.1wt％～2.5wt％，表面活性劑0.01wt％～1wt％，特定添加劑1wt％～20wt％；配置有機相溶液：將0.1wt％～1wt％的多元酰氯單體加入正己烷混合；制備復合膜：將多孔支撐層單面浸入水相溶液中或單面涂覆水相溶液，除去多余水相溶液，將吸收有水相溶液的單面浸入有機相溶液或涂覆有機溶液，烘干。通過在水相溶液中加入添加劑來增大水相溶液表面張力，進一步減小胺類單體的擴散系數，使“反應－擴散”體系失穩，制得具有“圖靈結構”復合膜，同時獲得高通量和高脫鹽率。

技術領域

本發明屬于膜分離和水處理領域，尤其涉及一種高通量高脫鹽率的復合膜制備方法及所制備的復合膜。

背景技術

隨著水處理技術的快速發展，膜行業也進入高速發展時期，在水處理技術中反滲透膜和納濾膜的應用最為廣泛。納濾膜因其選擇分離特性多用于物料分離，同時因其對NaCl一價鹽的脫鹽率較低，對于市政用水及居民用水仍應用較少。對于提高納濾膜的通量和脫鹽率，現有技術中仍采用和反滲透膜類似的方法。也即通過改變水相單體，或在水相溶液中加入添加劑，或改變有機相單體等方法來促進界面聚合反應，生成薄而致密的聚酰胺層，以期同時獲得高通量和高脫鹽率的納濾膜。此類方法目前已商業化，但是其對納濾膜性能的提高有限，尚未達成新的突破。

基于阿蘭·圖靈1952年的《形態發生的化學基礎》一文，認為任何重復的自然圖案都是通過兩種具有特定特征的事物(例如分子、細胞等)相互反應產生的。圖靈提出“反應－擴散方程”，這兩種組分由于擴散差異導致系統失穩，最終形成斑點、條紋等“圖靈結構”。并且，“圖靈結構”理論推測，斑馬等生物體表面的圖紋可能就是該“反應－擴散”體系失穩的結果。由于“圖靈結構”獨特的斑點、條紋狀錯落分布于三維空間中，若能應用于膜行業，則可能同時獲得高通量和高脫鹽率。

在反滲透膜、納濾膜的制備過程中，因其通過界面聚合法制備聚酰胺脫鹽層，涉及反應－擴散過程。對于界面聚合反應，其反應機理是先將水相溶液附著于無紡布-聚砜支撐層的表面，并除去多余溶液，隨后將有機相溶液涂覆于吸附有水相溶液的膜表面。此時水相溶液的單體迅速向界面處擴散，發生界面聚合反應生成致密的聚酰胺脫鹽層，因有機相溶液的酰氯單體在水相溶液中完全不溶解，即界面聚合反應中酰氯單體向界面處擴散的速率極低，而水相溶液的胺類單體在有機相溶液中有微小的溶解度，即界面聚合反應中胺類單體向界面處擴散的速率要高于酰氯單體。因此在“反應－擴散”體系中我們可將水相胺類單體視為界面聚合反應的“活化劑”，將有機相酰氯單體視為“阻聚劑”。當阻聚劑的擴散系數遠大于活化劑的擴散系數時，便會導致局部活化和側向抑制，從而出現“圖靈結構”。簡單來說，要想得到“圖靈結構”，我們需要極大程度的減小活化劑的擴散系數或者增大阻聚劑的擴散系數，即通過一些化學或物理方法來抑制水相胺類單體的擴散或者促進有機相酰氯單體的擴散。

已有相關文獻及專利報道通過在水相溶液中加入膠粘劑或增稠劑，例如：聚乙烯醇、淀粉等來增大水相溶液的粘度，從而降低“活化劑”的擴散速率，得到“圖靈結構”。如CN201810792504.X-一種具有圖靈結構復合正滲透膜的制備方法，公布了在含間苯二胺的水相中引入親水性大分子聚乙烯醇，聚乙烯醇讓間苯二胺和均苯三甲酰氯產生足夠的擴散速率差異，從而在界面聚合靠近有機相溶液一側形成具有周期性形貌的圖靈結構正滲透膜。這個方法限定了間苯二胺與聚乙烯醇溶解至水中后涂覆于磺化聚砜膜支撐層表面，而不適用于其他水相溶液和支撐層。因此現在亟需研發出一種同時具有高通量和高脫鹽率的復合膜的制備方法，以降低生產成本并已于進行工業化生產使用。

發明內容：

本發明目的是提供了一種高通量高脫鹽率的復合膜制備方法，要解決現有技術中缺少同時具有高通量高脫鹽率的復合膜的工業化生產方法的技術問題。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種高通量高脫鹽率的復合膜制備方法，包括以下步驟：