[发明专利]一种膜蒸馏用亲水/疏水复合膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于膜蒸馏的亲水/疏水复合膜，用于不同形式的膜蒸馏高盐废水处理回用、苦咸水淡化以及海水淡化过程中，属于膜法水处理技术领域。 

背景技术

膜蒸馏是一种新型的分离技术，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸馏的过程几乎在常压下进行，设备简单，操作方便；膜蒸馏法可以处理极高浓度的无机盐水溶液，理论上通过膜蒸馏除盐的除盐率可以达到100％，获得的水十分纯净，这是现有几种工业除盐技术难以达到的。膜蒸馏技术可以广泛应用于高盐废水处理回用、苦咸水淡化以及海水淡化，对解决目前水资源紧缺、节能减排、水环境治理等社会经济可持续发展的问题具有重要意义。随着本世纪高分子材料技术和膜制造技术的发展，膜蒸馏技术引起了广泛关注。 

膜性能是影响膜蒸馏过程的主要因素，理想膜蒸馏用膜应该具备以下特征：跨膜阻力小、机械强度高、热传导系数低、热稳定性好、抗污染能力强、疏水性高。为了开发适用于膜蒸馏用的疏水膜，国内外研究者展开了大量的研究，其中多功能耦合集成的复合膜是研究的主要方向和热点。 

在膜法水处理技术中，已经工业化应用的主要是亲水性膜，因此，亲水膜的制备技术相当成熟，而制取疏水膜的技术还处于研究开发阶段，制取疏水膜的方法之一就是通过接枝共聚、嵌段共聚、涂覆或物理复合对亲水膜进行改性，获得疏水性膜；还有通过凝胶过程控制、无机/聚合物颗粒(CaCO₃、TiO₂、PTFE等)的共混等方法提高膜的疏水性和机械强度。 

单层PVDF疏水膜的强度较低，在实际生产过程的压力操作中很容易使得膜破裂，会导致频繁更换膜组件，加大经济投入，对生产造成影响。因此，应对现有的PVDF疏水膜进行复合，增加其膜强度，加大其实用性。 

在膜蒸馏过程中，由于膜表面的疏水性，使膜极易受到油脂、疏水性有机物的污染和膜的润湿，是影响其处理效果的重要因素，提高膜的抗污染性是制膜技术研究的又一热点。目前主要是在亲水膜上复合疏水膜，复合方法主要有两种：膜皮层的疏水/亲水化学改性，或疏水和亲水膜的物理复合成膜。由于膜表面仍为疏水性，其抗污染性提高不大。 

发明内容

本发明就是在前述背景下开发出来的，提供一种亲水层、疏水层和无纺布支撑层复合而 成的膜蒸馏用复合膜。 

本发明是通过以下方法制备的：首先，选取厚度0.1～0.15mm的聚酯材料无纺布作为复合膜的支撑层；第二步，在无纺布上刮制PVDF疏水层，PVDF疏水层配方为：聚偏氟乙烯(PVDF)浓度为10-20wt％，氯化锂(LiCl)浓度为1-9wt％，H₂O的含量0-4wt％，二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂，蒸发时间为10min，凝胶浴为20-50℃的组成分别为0-100的DMAC/H₂O(v/v)混合液；第三步，在疏水层上面刮制亲水层，PVDF亲水层配方为：PVDF浓度为10-20wt％，LiCl浓度为1-9wt％，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度为0.1-1wt％，二氧化钛(TiO₂)浓度为1-9wt％，DMAC为溶剂，蒸发时间为10min，凝胶浴为20-50℃组成分别为0-100的DMAC/H₂O(v/v)混合液；第四步，将成型的膜从凝固浴中取出，置于空气中晾干。 

由于亲水层和疏水层的主要材料都是PVDF，两者的结合非常紧密，其中亲水层厚度5～20μm，膜孔径在0.2～0.02μm，亲水性TiO₂粒子的引入，使混合液中的水优先接近和通过膜层，改善膜表面的抗污染性能，同时金属氧化物的引入，也提高了膜本身的机械强度。疏水层厚度10～50μm，膜孔径在2.4～0.04μm，其主要作用是使水由于膜两侧的蒸汽压的不同而发生汽化，水蒸汽通过膜经冷却后得到蒸馏水。无纺布支撑层主要作用是增强复合膜的机械强度，使复合膜的适用性更广。本发明膜蒸馏用亲水/疏水复合膜具有抗污染强、膜通量大、机械强度高的特点。 

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 

实施例1 

1)疏水膜制膜液的配制 

疏水膜制膜液体系为DMAC/LiCl/H₂O/PVDF，其中PVDF浓度为10wt％，添加剂LiCl的含量为5.0wt.％，非溶剂H₂O的含量为2.0wt.％，DMAc为溶剂，在40℃左右充分溶解至无色透明状，然后静置24小时脱泡。 

2)亲水膜膜制膜液的配制