[发明专利]新型复合正渗透膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理用高分子膜的制备领域，具体涉及用于正渗透过程中的新型复合正渗透(Forward Osmosis，FO)膜的制备方法。

背景技术

正渗透膜分离过程是近些年来发展起来的一种新型膜分离技术，与传统的压力驱动型膜过程相比，正渗透过程不需要外加压力，能耗较少，过程对膜的污染程度较低，过程的回收率较高，环境效应友好，由于正渗透过程的这些优点使得其在海水淡化、苦咸水脱盐、食品浓缩、发电、药物控制释放等领域有着广阔的发展空间。

正渗透膜是正渗透过程的核心，其性能的好坏决定着正渗透过程能否得到大规模应用。目前应用在正渗透过程中的正渗透膜的研究较少，商品正渗透膜只有美国Hydration Technology Inc.公司通过相转化法生产，相关专利为WO2006110497A2，材料选用醋酸纤维素类，使其应用过程中受到处理溶液pH条件的限制，且其膜通量较低。

目前分离膜市场中反渗透膜占膜市场的85％，反渗透膜的制备过程发展较为成熟，商品反渗透膜可以达到很高的通量，因此正渗透过程要取代传统压力驱动型膜过程需要对正渗透膜进行进一步研究使其达到较高的膜性能，综合其能耗低的优势才有可能在膜市场上实现其广阔的应用价值。因此开发高通量、高性能的正渗透膜对正渗透膜过程具有重要的意义。

正渗透过程中制约膜通量的主要因素是过程中发生在多孔支撑层中的内浓差极化现象，其存在使得正渗透膜通量远低于理论膜通量，因此要提高正渗透膜的通量就要尽可能降低过程中的内浓差极化现象。复合正渗透膜由于制备过程中可以分别对底膜和表面活性分离层进行优化，使其结构尽可能降低内浓差极化作用对水通量的影响，使其更容易制备高通量的正渗透膜，且可以选用不同的材料应用于不同的溶液体系中，由于复合正渗透膜的优点，目前世界上很多研究机构正在对复合正渗透膜的制备进行研究探索，但总体上，正渗透膜的通量提高不是很大。因此，需要一种新型的复合正渗透膜的制备方法，在优化复合正渗透膜结构的基础上，进一步提高正渗透过程的水通量。

发明内容

本发明的目的是针对现有正渗透膜制备技术的不足而提供一种新型复合正渗透膜及其制备方法，主要是通过优化复合正渗透膜的多孔支撑层和表面超薄层的物化性质来实现。

本发明提供一种新型的复合正渗透膜的制备方法，技术构思如下：采用一定的溶剂溶解聚合物，使其在加热搅拌的条件下溶解，得到均匀透明的铸膜液；将低密度聚酯支撑层黏贴在玻璃板上，采用一定厚度的刮刀将铸膜液涂敷在支撑层上，在凝胶浴中相转化成膜；在制备的支撑底膜上采用新型的界面聚合方法(在水相和/或有机相中添加一定浓度的添加剂)进行超薄分离层的制备，并对其进行一定的热处理，得到新型的复合正渗透膜。以及任选地，在所述铸膜液中加入一定孔径和粒子直径的亲水性纳米粒子，采用超声使纳米粒子在铸膜液中进行均匀分散的步骤。

本发明的第一方面，提供一种复合正渗透膜，为三层结构，包括：低密度无纺布层、多孔支撑层和超薄分离层，所述多孔支撑层处于所述低密度无纺布层和超薄分离层之间。

在另一优选例中，所述低密度无纺布层的厚度为80μm-110μm，由聚酯制成，密度＜50g/m³。

在另一优选例中，所述的多孔支撑层由聚合物制成，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、聚砜酰胺、聚芳醚砜酮、聚芳醚腈酮、共聚聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、或醋酸纤维素类。

底膜平均孔径在20nm-80nm，厚度在120μm-180μm.

在另一优选例中，所述超薄分离层为致密结构，厚度为60nm～180nm，由多元胺水溶液与多元酰氯有机溶液在所述多孔支撑层上反应制成。

所述超薄分离层是指对高分子物质、多价离子甚至一价离子具有较高截留能力的分离薄层，其中，对一价离子的截留率达到95％以上。

在另一优选例中，所述多元胺为哌嗪及其衍生物、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、均苯三胺、二元脂肪胺、或多元脂肪胺；

所述多元酰氯为邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、或均苯三甲酰氯。

在另一优选例中，所述二元脂肪胺为乙二胺。

本发明的第二方面，提供复合正渗透膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将铸膜液涂敷在低密度无纺布层上，在凝胶浴中相转化得到多孔支撑层；

(2)在所述多孔支撑层上，多元胺水溶液与多元酰氯有机溶液反应形成所述超薄分离层。