[发明专利]一种自清洁型反渗透膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子复合膜的结构，具体是指一种能自我清洁的高分子反渗透膜。

技术背景

反渗透技术是一种高效、节能的绿色新型分离技术，具有设备简单、操作条件温和、处理量大、分离效率高等突出特点，已在海水和苦咸水淡化、废水处理与资源化、生物制品分离、环境工程、食品、医药等领域得到广泛应用，并已取得了很好的经济和社会效益；近年来，随着全球水资源短缺日益严重、水污染日益加重，反渗透技术在海水淡化和水回用领域得到了更广泛的应用和重视。但是反渗透膜分离技术的应用瓶颈之一是膜污染，膜污染已严重制约了反渗透技术的大规模应用与推广，尤其是在高污染水处理、水回用以及化工分离等领域中的应用。膜污染将直接导致膜的渗透通量显著下降，系统的生产效率降低、运行成本和能耗增加；膜污染还将导致系统的频繁清洗、装置不能正常运转、膜的截留特性严重劣化、产水水质变差、膜寿命降低和膜的频繁更换。要获得高通量、高选择性的分离效果和长使用寿命、低运行费用的经济目的，必须制备抗污染、易清洗或具有自清洁功能的高性能反渗透膜。

近十几年来，在抗污染聚酰胺反渗透膜研究与开发方面开展了大量的研究工作，主要通过膜表面涂敷、表面化学改性、表面接枝等化学物理方法，改变反渗透膜的化学物理性质如表面亲水性、表面粗糙度和表面电荷等，提高反渗透复合膜的抗污染性能，制备抗污染反渗透膜。

在表面涂敷改性方面：Uemura和Kuriharal研制了一种聚砜多孔支撑层、聚酰胺超薄皮层和聚乙烯醇(PVA)保护层的薄层复合膜(TFCM)，以提高膜的亲水性和耐污染性；Jennifer等通过在聚酰胺反渗透复合膜表面涂覆聚醚-酰胺嵌段共聚物来提高抗污染性；Elimel ech等用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠处理聚酰胺反渗透复合膜，以提高膜对水中的胶体的耐污染能力；Wilbert等用两种T—X系列和P系列聚环氧乙烯型非离子表面活性剂，处理商用聚酰胺反渗透复合膜，提高膜的抗蛋白质污染能力；Kim等采用物理涂覆工艺改性反渗透复合膜，以提高膜处理染料废水的抗污染性能。

在表面化学改性方面：Kulkarni以质子性酸如HF，HCl，H₂SO₄，HNO₃和H₃PO₄等作为亲水试剂，或将膜置于乙醇、异丙醇等温和的溶剂中，使聚酰胺反渗透复合膜的亲水性提高；Mukherjee等把聚酰胺反渗透复合膜CPA2和SWC1浸入氢氟酸(HF)催氟酸(FSA)/异丙醇(IPA)/水的混合液中进行改性，随着处理时间的延长，膜接触角减小，其亲水性增强。

在表面接枝改性方面：Kang等人在初生态聚酰胺反渗透复合膜表面接枝聚乙二醇，在提高膜表面亲水性的同时又降低了膜表面粗糙度，从而提高了膜的抗污染性能；Freger以及Gilron等均采用氧化还原法(以K₂S₂O₈和K₂S₂O₅作为引发剂)在聚酰胺反渗透复合膜表面接枝具有亲水性的丙烯酸、甲基丙烯酸等支链，使膜表面粗糙度降低，从而减弱了污染物在膜表面的吸附，同时膜接触角减小，膜亲水性增强，因此膜的耐污染性增强；Belfer等采用辐射接枝法在商用聚酰胺复合膜表面分别接枝甲基丙烯酸支链和聚乙二醇甲基丙烯酸支链，由于亲水性基团-COOH的存在，膜在整个pH值范围内均具有较高的负Zeta电位，从而改善了膜的抗污染能力；同样，Belfer等在聚酰胺反渗透复合膜表面上接枝丙烯腈支链，也取得了较好的抗污染效果。

虽然在抗污染反渗透膜的研究开发方面已取得了很大的进展，但仍存在着以下几方面的问题：

(1)通过表面涂覆可有效降低膜表面的粗糙度，减轻胶体物质在膜表面的污染，但是涂层将增加水的渗透阻力，从而造成反渗透复合膜渗透通量的损失；

(2)通过提高膜表面亲水性来提高膜的抗污染性能，必须针对不同的污染物，对于疏水性溶质如蛋白、微生物等可减轻对膜表面的污染，但对于亲水性溶质如天然有机物(NOM)则将加重对膜表面的污染；

(3)膜表面荷电的改变，将有利于减轻与膜表面带相同电荷溶质对膜表面的污染，但将加重与膜表面带相反电荷溶质对膜表面的污染，而使膜表面呈电中性又将影响膜对荷电离子的分离性能；

(4)采用化学或接枝改性，不仅工艺复杂，而且还会破坏膜的结构、降低膜机械强度和分离性能。