[发明专利]亲疏水互穿网络纳米纤维、正渗透膜及制备方法

说明书

技术领域  

本发明涉及一种高通量正渗透膜，具体涉及一种亲疏水互穿网络纳米纤维的制备方法，以及以该纳米纤维为支撑层的正渗透膜及其制备方法。属于膜技术领域。

背景技术

作为一种低能耗、低污染、高截留率的新兴技术，正渗透(FO)近年来已引起了研究者的普遍关注。正渗透技术在海水/苦咸水脱盐、污水资源化、食品加工，动力发电等领域具有潜在的应用价值。近年来许多人致力于正渗透膜的开发研究，目前商业化的正渗透膜只有美国HTI公司开发的三醋酸纤维素膜，是由非溶剂诱导相转化法制备的非对称膜。但是，此类膜易水解，而且容易被碳酸氢铵等汲取液分解。相对于传统的相转化法形成的正渗透膜，结合界面聚合技术形成的复合膜具有许多优势，如较高的水通量与截留率，不易被微生物分解等。用于制备正渗透膜的支撑层通常是由相分离形成的微孔聚砜或聚醚砜，具有致密指状或海绵状结构。该种结构容易造成支撑层内部水传输阻力的增加，产生严重的内浓差极化现象，而内浓差极化是导致水通量减小的主要原因。为解决这一问题，Song Xiaoxiao 等人开发了一种新型的纳米复合正渗透膜，其支撑层是由类似于脚手架结构的纳米纤维形成的(Xiaoxiao Song, Zhaoyang Liu, Darren Delai Sun. Nano Gives the Answer: Breaking the Bottleneck of Internal Concentration Polarization with a Nanofiber Composite Forward Osmosis Membrane for a High Water Production Rate. Advanced Materials, 2011, 23: 3256-3260)。这种电纺超细纤维用于支撑层具有如下优点：(a)高孔隙率；(b)低曲度；(c)超薄。他们以疏水聚醚砜纳米纤维为支撑层制备正渗透膜，并对膜性能进行了测试。以去离子水为原料液，0.5M NaCl为汲取液，正渗透膜通量接近35LMH（活性层朝向汲取液）。Natalia Widjojo等人报道了支撑层的亲疏水性对膜通量产生重要影响，疏水性的支撑层会加重内浓差极化（N. Widjojo, T. S. Chung, M. Weber et al. A sulfonated polyphenylenesulfone (sPPSU) as the supporting substrate in thin film composite (TFC) membranes with enhanced performance for forward osmosis (FO)。Chemical Engineering Journal，2013，220：15-23)。Jeffrey R. McCutcheon 等人也证明疏水性支撑层中的润湿孔比亲水性支撑层要少，使得物质传输率及水分子运输通道降低 (Jeffrey R. McCutcheon, Menachem Elimelech.  Influence of membrane support layer hydrophobicity on water flux in osmotically driven membrane processes. Journal of Membrane Science，2008, 318: 458–466)。Hyun II Kim等人采用等离子体法用亲水材料对疏水支撑层进行改性，结果水通量明显增加，耐氯性也增强(Hyun II Kim, Sung Soo Kim. Plasma treatment of polypropylene and polysulfone supports for thin film composite reverse osmosis membrane. Journal of Membrane Science, 2006,286：193–201)。虽然上述研究已经取得了比较理想的结果，但由于支撑层采用的是疏水性材料，仍然存在内浓差极化现象，距离理论值仍有一定差距。

为了克服正渗透膜的支撑层普遍存在的亲水性、渗透性差，内浓差极化严重等缺点，目前市场急需开发一种亲水性好、渗透性强的支撑层，而且从经济角度考虑，期望该工艺相对简单，易于操作，成本低，便于市场推广。

发明内容