[發(fā)明專利]一種以減小聚酰胺層本征厚度的高滲透性復(fù)合反滲透膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110264643.7
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112957925B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋瀟瀟;胡向陽;巫碧勤;張娜;周勇;高從堦
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D69/02;B01D61/02;B01D71/56
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發(fā)明公開了一種以減小聚酰胺層本征厚度的高滲透性復(fù)合反滲透膜的制備方法，所述復(fù)合反滲透膜是通過水相溶液中胺單體與油相溶液中酰氯單體界面聚合在聚砜超濾膜上面復(fù)合而成。其中所述水相溶液中，胺單體的添加濃度為0.25~5wt%，有機弱酸的添加濃度為3~5wt%，并加入有機堿調(diào)節(jié)其pH至9~11；所述油相溶液中的酰氯單體質(zhì)量濃度是水相溶液中胺單體質(zhì)量濃度的1/40~1/30。本發(fā)明通過調(diào)控水相溶液中胺單體濃度、油相溶液中酰氯單體濃度，減小分離層本征厚度、提高膜表面的粗糙度等優(yōu)化聚酰胺層微納結(jié)構(gòu)從而提高膜的滲透性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以減小聚酰胺層本征厚度的高滲透性復(fù)合反滲透膜的制備方法。

背景技術(shù)

地球上的水資源極為豐富，全球有大約75%的面積覆蓋著水，但是這些水大部分為海水，并且其在所有水資源中占比為96.5%。據(jù)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)海水中大約含有92種化學(xué)元素，其中11種（氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、鍶、硼、碳、氟）占海水溶解物質(zhì)總量的99.8%，其它含量甚微；有些金屬元素如：鉀、鈉雖是人體內(nèi)的必需品，但海水中這些高濃度的金屬及非金屬元素一旦進入人體內(nèi)便會加大諸如腎臟等器官的代謝，加重身體器官的負擔。設(shè)法能把高濃度的海水淡化成低濃度的淡水資源，那么這些廣闊的淡水資源就能為人類所利用。

在這樣的情形下，反滲透技術(shù)應(yīng)運而生。早在1953年，美國弗羅里達州的C. E.Reid教授提出了該設(shè)想，利用相轉(zhuǎn)化成膜技術(shù)制備出了對稱式的醋酸纖維素膜，首次實現(xiàn)了海水淡化過程，雖然其對氯化鈉鹽有99%以上的截留率，但是其水滲透系數(shù)僅為0.00012m³/（m²·d·atm），這大大地阻礙了該膜商業(yè)化應(yīng)用。隨后, 印度裔科學(xué)家索里拉金（Srinivasa Sourirajan）和美國科學(xué)家洛布（Sidney Loeb）開發(fā)了非對稱式的醋酸纖維素膜，并通過優(yōu)化一系列的相轉(zhuǎn)化工藝參數(shù)，所制備的膜鹽截留率也能夠達到99%，此外其滲透性大大地提高了，達到驚人的0.0048 m³/（m²·d·atm），這就是著名的沉浸凝膠相轉(zhuǎn)化法（L-S法）。L-S膜的誕生又給反滲透技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用帶來了曙光。但要實現(xiàn)其商業(yè)化應(yīng)用，顯然還需要解決一個至關(guān)重要的工程問題，那就是膜組件的設(shè)計。他們當時所制備出來的膜有板式和管式兩種，它們都存在裝配復(fù)雜、單位體積內(nèi)裝填的膜面積小等缺陷，因此最終沒能發(fā)展為商業(yè)反滲透膜組件的主流形式。這就促使了反滲透膜發(fā)展的另外一道曙光照進膜技術(shù)在脫鹽水處理領(lǐng)域的應(yīng)用-薄膜復(fù)合膜（Thin film composite）。

1977年，卡多特（John E. Cadotte）與其他3人一起成立了FilmTec公司。到1979年，他申請了世界上第一個界面聚合法制備反滲透膜的專利（US4277344）。界面聚合法使得反滲透膜的支撐層和分離層在制備過程中可以分別加以優(yōu)化，從而進一步提升了膜的性能，這就是所謂的薄層復(fù)合膜（TFC）。1985年，陶氏化學(xué)在放棄中空纖維反滲透膜后，全資收購了FilmTec公司。這就是大名鼎鼎的陶氏膜的由來。時至今日，陶氏反滲透膜產(chǎn)品依然沿用了FilmTec商標。2017年，曾經(jīng)在中空纖維反滲透膜上惺惺相惜的陶氏化學(xué)與杜邦公司實現(xiàn)了合并。從界面聚合法誕生之初，大部分實驗探索都是圍繞著對分離層及支承層物理化學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開，期間涌現(xiàn)出了如日本東麗（Toray）、美國海德能（ Hydranautics）和陶氏化學(xué)（Dow Chemical）以及韓國LG Chemical等知名企業(yè)。界面聚合也成為現(xiàn)代商業(yè)化反滲透膜的標準制備工藝。由于反滲透膜分離層聚酰胺整體厚度在10-300 nm之間，遠小于對稱式及非對稱式的醋酸纖維素膜，此外聚酰胺分子間的聚集孔小于水和氯化鈉的分子直徑，膜層有著較好的致密性，這樣在提高膜滲透性的同時也能滿足其對小分子物質(zhì)的篩選。