[發明專利]一種正滲透膜材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010412024.3
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN112058097B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 吳一凡;張峰;趙小娟;劉小穩;李榮臣
• 申請（專利權）人: 山東水發環境科技有限公司
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D61/00;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 陳娟

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種正滲透膜材料的制備方法。該材料是由4層機構組成，所述4層結構為基膜、多巴胺軟墊層、含水通道蛋白的磷脂雙分子層和高分子保護層。本發明制備的正滲透膜具有致密的非多孔性結構，高效截留，且具有較高的機械強度和耐酸堿性，能夠達到對單價離子99%以上的去除效果；穩定性好，滲透膜清洗后水通量恢復率高，抗污染能力強，且能有效緩解濃差極化，運行時間長。水通道蛋白具有單一的水分子選擇透過性，其水分子傳輸速率超過目前任何一種納米多孔材料，能保證復合膜水通量的大幅度提高。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種正滲透膜材料的制備方法。

背景技術

正滲透過程是一種能生產干凈水且低能耗或零能耗的獨特的技術。正滲透以滲透壓差為驅動力，水分子自發的由低濃度的原料液一側通過滲透膜向高濃度的汲取液傳遞。據報道，正滲透的理論能耗為0.25 kWh/m³，且由于不需要外加壓力，正滲透膜不易被污染物質附著，水回收率可達90%，減少了高鹽廢水的排放。因此，正滲透技術以低能耗、低膜污染、高水回收率和環境友好等特點逐漸引起了關注。目前，正滲透技術已成為海水淡化和可再生能源技術的研究熱點，在海水淡化、廢水處理、食品濃縮等多個領域展現出較大潛能。

2010 年，Kaufman Y.等首次將含AQP的磷脂膜鋪展到納濾膜表面并進行了反滲透實驗，在膜覆蓋率達到75%時，水通量為2.5×10^-11 m·Pa^-1·s^-1，比商品反滲透膜高一個數量級。之后 Chung T.S.課題組、Tang C.Y.課題組以及 Wang R.課題組相繼開展了 AQP 在納濾和反滲透方面的研究，采用的基膜材料包括商品納濾膜、聚砜膜、醋酸纖維膜和介孔Al₂O₃，致密層多采用聚合物覆蓋含 AQP囊泡的制備方法。他們報道的含AQP復合膜的性能普遍高于商品膜，例如 Tang C.Y.課題組制備的AQP復合反滲透膜在5bar的操作壓力下，水通量比商業BW30膜高40%，比SW30HR高一個數量級。然而，AQP 在正滲透膜制備中的應用剛剛起步。2013 年，Chung T.S課題組以ABA型聚合物囊泡作為 AQP 的載體，利用層層自組裝方法將含有 AQP 的囊泡固定在金涂層的PCTE 基膜表面，制備得到了含 AQP 的復合正滲透膜，以6000 ppm NaCl溶液為原料液，0.8 M蔗糖溶液為汲取液時，膜通量為17.6 L/m²h，截鹽率達到91.8%，這一研究證明了AQP在正滲透膜應用中的潛力。然而，以囊泡作為AQP的載體，水分子通過 AQP 進入囊泡后需要再次通過 AQP穿出囊泡才能進入正滲透膜基膜的孔道，這降低了復合膜的滲透效率；含AQP的囊泡必須吸附于支撐膜的孔道處才能發揮水通道的作用，基膜的孔隙率限制了AQP的有效負載率。

隨著社會經濟的不斷發展，水資源問題也逐漸進入人們的視野，當前，水資源短缺以及能耗過高成為了全球關注的三大熱點之一，為了實現能源與水資源的合理協調，正滲透技術憑借其節源能源的優勢受到了廣泛的關注。正滲透技術具有能耗低、水回收率高、膜污染小的特點，被廣泛的應用于海水脫鹽、廢水再生、純水及超純水制備等領域。正滲透膜材料是正滲透技術的核心部分。大量的研究和實踐都已表明，正滲透的實際通量遠小于理論計算值，正滲透膜發展的關鍵是如何提高水通量和截鹽率。Leob 等人發現濃差極化，尤其是內濃差極化，是影響正滲透膜性能的瓶頸所在。內濃差極化可使正滲透的水通量下降80%，而且內濃差極化發生在正滲透膜的多孔層中，無法通過外在水力學環境來控制。另外，正滲透膜的親水性對正滲透膜性能也有很大的影響，因此更親水的磺化聚合物、聚電解質以及沸石分子篩等納米材料都被應用于制備復合正滲透膜。這些研究豐富了正滲透膜的種類，提高了膜的性能，但若要進一步提高正滲透膜水通量，需要更新的材料和技術推進正滲透膜的革新和拓展。因此，研發一種更親水、能夠有效緩解濃差極化等正滲透膜成為了亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中正滲透膜普遍存在的問題，本發明研發了一種性能優異的正滲透膜材料的制備方法。