[发明专利]一种用于膜蒸馏过程的聚醚砜多孔膜及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于膜蒸馏过程的多孔膜，特别涉及一种用于膜蒸馏过程的聚醚砜多孔膜及其制备方法。 

背景技术

膜蒸馏是一种热驱动型膜分离技术，它以疏水性多孔膜为分离介质，在被处理料液不润湿膜孔的前提下，被处理料液(一般称为“热侧”)中挥发性组分在膜两侧蒸汽压差作用下以蒸汽形式透过膜孔，而对非挥发性组分(离子、生物大分子、胶体、糖等)具有理论上100％的截留率，从而实现组分间的分离。因此，膜蒸馏技术在海水及苦咸水淡化、生物大分子料液浓缩、化工料液浓缩等领域具有广阔的应用潜力。此外，膜蒸馏过程几乎不受料液渗透压的影响，可以将小分子物质溶液高倍浓缩甚至超过其溶解度而析出。与此同时，膜蒸馏过程可以在较低温度范围内工作(40～70℃)，还可以与太阳能、地热或工业余热等清洁或低品位能源结合以降低其过程能耗。 

然而，尽管具有上述优点，膜蒸馏技术发展至今尚未得到大规模的工业应用。制约膜蒸馏技术迈向工业化应用的关键原因是其核心部件膜蒸馏膜的性能还不够高，且膜材料选择范围非常有限。能够用于制备膜蒸馏膜的材料目前主要包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)等四种。其中，PTFE、PP、PE三种材料因没有合适的溶剂，只能通过热致相转化法或熔融拉伸法制备多孔膜，这两种方法制备的多孔膜，其断面结构通常为对称结构，因此孔隙率较低，膜蒸馏性能不高；仅有PVDF能够采用溶致相转化这一较为简便的方法制备不对称结构的多孔膜，但其膜蒸馏性能仍有待进一步提高。 

聚醚砜(PES)是一种量大面广的工程塑料，具有优异的机械性能、耐热性、耐腐蚀性和无毒性等优点，是制备超滤膜和微滤膜的主流材料之一；同时，PES又具有适中的热导性和疏水性，因此采用PES制备的多孔膜理论上具备用于膜蒸馏过程的能力。近年来，将PES用于制备膜蒸馏膜逐渐得到了国内外的关注，已有基于PES的膜蒸馏膜的研究报道。例如，采用等离子体接枝改性方法将PES微孔膜进行表面疏水改性，或通过合成疏水性表面修饰大分子(SMM)并与PES共混制膜。浙江大学以全氟正己烷为等离子体源对PES微 孔膜进行了疏水接枝改性[功能材料，2007，38(4)：573-575]，通过在膜表面增加氟含量使膜表面水接触角从92°提高到了123°；然而，采用改性后的PES基多孔膜处理3.5wt.％的NaCl水溶液时，脱盐率虽高达为99.99％，但其膜蒸馏通量最高仅为4.53L/m²·h。最近，南京工业大学等以四氟化碳为等离子体源对PES微孔膜进行了表面疏水改性[膜科学与技术，2011，31(6)：50-55]，改性后的PES基多孔膜的表面水接触角提高至120°；以4wt.％的NaCl水溶液为原料进行膜蒸馏性能测试，结果显示，该膜的膜蒸馏通量可达44kg/m²·h(热侧料液温度72.6℃)，对盐的截留率可达99.96％。此外，加拿大渥太华大学通过合成表面修饰大分子(SMM)并与PES共混制膜[Desalination，2002，149：303-307]，使膜表面前进接触角从67°增加到110°，水穿透压力(LEP_w)达到0.207MPa；之后他们又合成了一种新的SMM材料[Desalination，2010，261：300-312]，将该SMM材料与PES共混制备的膜用于真空膜蒸馏分离乙醇水溶液，在料液温度26℃，膜下游侧绝对压力2kPa时，膜通量和分离因子分别为3.24kg/m²·h和2.1；在此基础上，美国发明专利US2011/0031100A1最近公开了一种用于膜蒸馏过程的亲/疏水复合膜及其制备方法，采用含氟表面修饰大分子与亲水性高分子制膜材料(聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺或醋酸纤维素等)共混制备高性能膜蒸馏用膜，其中含氟表面修饰大分子在成膜过程中迁移至膜表面，从而赋予膜表面一定的疏水性。 

然而，上述公开报道中均对PES或PES微孔膜进行了疏水化改性。遗憾的是，虽然改性处理提高了PES基多孔膜的表面疏水性，但其膜蒸馏通量并不理想，实际上，经过现有技术改性而得的PES基膜蒸馏膜的性能并未达到目前国际上的主流水平；而且，等离子体改性或共混改性均增加了PES膜蒸馏膜的制备成本。迄今为止，尚未见到直接采用PES制备膜蒸馏用膜的公开报道。 

发明内容