[發明專利]高性能復合膜

無效

• 申請號: 99806979.5
• 申請日: 1999-05-18
• 公開（公告）號: CN1304329A
• 公開（公告）日: 2001-07-18
• 發明（設計）人: 威廉·C·賴斯;約翰·P·普格利亞
• 申請（專利權）人: 科克梅姆布萊尼系統公司
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B05D1/36
• 代理公司: 柳沈知識產權律師事務所
• 代理人: 巫肖南

發明背景

本發明涉及用于選擇分離流體混合物、流體和顆粒、及溶液的薄膜形式的選擇滲透隔膜。更具體地，本發明涉及用于反滲透、毫微過濾和超濾等的選擇性滲透膜的制造方法。

公知溶解物如鹽和礦物質等可通過稱為反滲透的技術從其溶劑如水中分離。例如，可用反滲透膜顯著地降低海水的礦物質和鹽含量以生產飲用水和/或工業用低鹽水。類似地，可由總溶解固體含量高的相對較硬的水獲得家庭或工業用軟化水。軟化水對于延長各種精密儀器的壽命和生產適合于各種工業和民用水是重要的。或許過濾技術對日趨工業化的世界的最大沖擊是使稍咸水或海水脫鹽以向工業、農業或民用提供大量相對無鹽的水。隨著世界繼續工業化和人口繼續高速增長，淡水供應需求增加將使稍咸水和海水轉化成可生產利用的有效裝置的可利用性日益變得重要。

與反滲透膜同樣重要的是毫微過濾和超濾膜，它們用于從溶液和混合物中過濾分子和顆粒。為解釋起見，下面的論述集中于反滲透膜，但本領域技術人員將認識到同樣的考慮也適用于毫微過濾和超濾膜。因此本文所述過濾膜包括反滲透、毫微過濾和超濾膜。

反滲透主要是通過向被過濾水施加液壓使之通過反滲透膜而濾出溶解的離子或分子。這種膜對水是選擇性滲透的，但截留不想要的組分，一般為鹽和各種溶解的礦物質通過。滲透壓(溶質組分均勻地分布至膜兩側的傾向)妨礙反滲透過程。原料水中不想要組分的濃度越高，必須克服的滲透壓越大。因此，反滲透膜必須強烈地截留所述不想要組分通過，本領域中通常稱為具有高截留特性。

在滲透中，向鹽水施加壓力使水通過固體或液體隔膜移動而防止所述相迅速再混合需要115psi的理論滲透壓以使25℃的1％NaCl溶液脫鹽。因此，固體或液體隔膜對溶液流動的限制越多，驅動所述脫鹽過程所需壓力越高。與受限流動相關的術語是壓降。顯然所述鹽和脫鹽溶液之間存在的隔層越厚，使溶液脫鹽所需壓力越高。

目前多數情況下用多孔物質制造反滲透膜，在多孔物質上涂布單體或聚合物，隨后使之交聯，如在Gadotte的US4?277?344中所公開，該文獻引入本文供參考。該專利揭示了由交聯的界面聚合芳族聚酰胺制備的反滲透膜可獲得良好的脫鹽率和流動特性。用Cadotte法產生的膜是優于現有技術膜的重要進步，因為所述離子截留特性、流動特性和耐氧化性得到顯著改善。

用Cadotte技術制備反滲透膜的方法是用多胺組分涂布多孔載體層。使有所述多胺涂層的多孔載體層與多酰基鹵接觸，在所述載體層上就地引發界面聚合。將所得產品干燥得到包含與所述多孔載體層疊合的聚酰胺的復合膜。所述就地交聯使所得交聯反滲透膜與載體基質機械粘合。

現有的涂布法如Cadotte法采用浸涂技術。在浸涂中，所要基質連續地移動并傳送通過第一液體浴，使所述基質兩側涂布第一組分例如多胺，然后傳送通過含有第二組分如多酰基鹵的第二液體浴，再將所述膜傳送通過任何要求的漂洗工藝，然后通過干燥箱。如此形成的膜層一般為約0.5至約1.0微米。

浸涂法的主要缺陷是所述基質涂布過程的結果取決于許多難以調節的因素，包括罐中涂料的粘度、內聚作用、和粘合性，這些性質隨溫度、溶液組成和其它類似因素而改變。例如，浸槽依靠重力使過量的涂料從基質上流下。因而，由于許多因素影響涂料的粘度、粘合性和內聚作用，所以難以控制涂層的厚度。涂于基質上的涂層厚度改變可能在膜涂層中產生破裂或空隙，導致膜的有效性顯著下降或使產品損壞。工業中通常有多達20％的浸涂基質因所得涂布膜產品的此缺陷而變成廢料。

此外，浸涂法因基質從一個槽通入另一槽可能導致槽間交叉污染。未足以從基質上流掉的一些過量的第一組分被帶入第二槽，導致來自第一浸槽的組分在第二浸槽中累積。這導致第二槽中組分的濃度和組成發生變化，此變化隨著過程的繼續逐漸改變，最終導致兩涂層之間發生的交聯有效性的改變，相應地導致最終膜改變。通常，殘留在基質上的這些過量組分必須在后續檸檬酸和漂白浴等中被萃取。

此外，第二浸槽一般地尺寸大到足以在第二槽中組分逐漸被污染以至必須廢棄之前可使整批膜通過(例如運行8小時)。結果，在浸涂法中一般產生大量廢的浸涂化學品。