[發(fā)明專利]自支撐均相薄膜與樹枝狀大分子汲取液耦合正滲透系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112827356A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 張軒;李坤
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發(fā)明涉及一種自支撐均相薄膜與樹枝狀大分子汲取液耦合正滲透系統(tǒng)。此正滲透膜分離過程包括使用樹枝狀大分子作為汲取溶質(zhì)并與自支撐均相正滲透膜耦合聯(lián)用,并使用超濾或納濾對稀釋后的汲取液進行回收。本發(fā)明結合了樹枝狀大分子和自支撐均相正滲透膜的優(yōu)點，消除正滲透過程中內(nèi)濃差極化的同時，解決了汲取溶質(zhì)反滲嚴重和難回收的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于正滲透膜技術領域，特別涉及一種自支撐均相薄膜與樹枝狀大分子汲取液耦合正滲透系統(tǒng)。

背景技術

正滲透(Forward Osmosis,FO)技術作為一種低能耗、低污染、高選擇性的新興膜分離技術,近年來已經(jīng)引起了廣泛的關注。正滲透過程是利用膜兩側(cè)溶液的滲透壓差使得進料液中的水自發(fā)的流動到汲取液一側(cè)，然后再通過一定的手段將水從汲取液中分離出來。

FO在處理工業(yè)廢水、污水資源化、食品加工等領域具有潛在的應用價值。在FO技術中，正滲透膜和汲取液是正滲透過程中兩個最主要的部分，目前也已經(jīng)有許多學者關于這兩方面進行了廣泛的研究。

目前正滲透過程中使用的正滲透膜基本為復合薄膜(TFC)，由于TFC膜為非對稱結構，正滲透膜中支撐層的存在，使得在正滲透過程中存在極為嚴重的內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，這一現(xiàn)象降低了正滲透膜選擇層兩側(cè)的滲透壓差，從而降低了汲取液滲透壓的利用率，不僅造成了直觀上的水通量降低，也局限了汲取溶質(zhì)的選擇，對正滲透過程非常不利。針對這些問題，自支撐均相正滲透膜去除了支撐層，從源頭上解決了內(nèi)濃差極化形成的條件，從而解決了常規(guī)正滲透過程中對通量和汲取溶質(zhì)種類的限制。

在常規(guī)正滲透過程中，汲取溶質(zhì)的選擇直接影響了正滲透過程的通量，汲取溶質(zhì)反混和汲取液的回收再利用。理想的汲取液應該具備以下幾個特點：1、溶液具有高滲透壓，可以產(chǎn)生較高的水通量；2、具有較小的反向溶質(zhì)通量；3、易于回收再利用。但在常規(guī)正滲透過程中，反向溶質(zhì)通量較小的汲取液通常為大分子汲取液，而分子結構越大，其內(nèi)濃差極化效應也會越嚴重，即使汲取液的滲透壓較高，最終的水通量也難以提高，并且在回收再利用時，可以選擇納濾或超濾等低壓低能耗方法。小分子汲取液則恰恰相反，由于其分子結構較小，內(nèi)濃差極化效應相對較小，但其反向溶質(zhì)通量卻相對較高，且其在回收再利用時，需選擇反滲透或膜蒸餾級別的回收方式。

在使用自支撐均相正滲透膜的情況下，內(nèi)濃差極化效應得到了解決，所以當其配合大分子汲取液時，整個正滲透過程可以同時具備有高通量、低反向溶質(zhì)通量、汲取溶質(zhì)易回收再利用的優(yōu)點，從而解決了常規(guī)正滲透過程的種種問題與限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種自支撐均相薄膜與樹枝狀大分子汲取液耦合正滲透系統(tǒng)，以解決常規(guī)正滲透過程中的內(nèi)濃差極化效應、易反滲、汲取溶質(zhì)難回收等問題。

本發(fā)明提供了一種自支撐均相薄膜與樹枝狀大分子汲取液耦合正滲透系統(tǒng)，即不同代數(shù)的樹枝狀大分子作為汲取溶質(zhì)，并與自支撐均相正滲透膜耦合，和使用低壓超濾或納濾對FO過程后稀釋的汲取液中的樹枝狀大分子進行回收，從而達到高通量、低反滲、汲取溶質(zhì)易回收的理想正滲透過程。

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種自支撐均相正滲透膜，由如下步驟制備：將下述的聚合物溶于有機溶劑DMF中形成濃度為1wt.％的均相溶液；將溶液置于100℃下除氣；除氣完畢后，將所述溶液按照所需體積倒入潔凈容器中，在80℃下，利用溶劑蒸發(fā)法得到所述自支撐均相膜。

其中，“-X-”代表：-O-,-C(CF₃)₂-基團；0a,b1。

優(yōu)選地，將樹枝狀大分子應用于正滲透過程中的汲取溶質(zhì)。

優(yōu)選地，所述樹枝狀大分子的結構隨著不同代數(shù)逐漸增大。且可通過兩類反應逐步合成更高代數(shù)的樹枝狀大分子，最后通過水解反應獲得末端為羧酸鈉基團的可用作汲取液溶質(zhì)的目標產(chǎn)物。