[发明专利]一种薄层复合正渗透膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于制备分离膜复合材料领域，具体涉及一种薄层复合正渗透膜及其制备方法，即在化学改性的筛网表面直接进行界面聚合所获得的薄层复合正渗透膜及制备方法。

背景技术

水资源匮乏和水质恶化已严重影响到人类的生活和健康，未来和平与可持续发展也将与净水及淡水的获得息息相关。如何低成本实现水净化和脱盐成为世界各国关注的重要科技问题。正渗透技术正是在这一背景下应运而生。该技术是在常压下依靠膜两侧渗透压差为驱动力自发实现水传递的低压膜分离过程。与反渗透相比，正渗透过程具有得天独厚的优势：低压甚至无压操作，低能耗；优良脱盐性能，低膜污染特征；高回收率，零排放，无污染等。

正渗透膜是正渗透技术的核心之一。目前主要分为两类，即相转化法制备的醋酸纤维素类正渗透膜和界面聚合法制备的聚酰胺类薄层复合(TFC)膜。后者具有独特优势，如超薄皮层、强化学/热稳定性、不易生物降解、对支撑层和皮层可各自优化组合等，正日益受到学者的广泛关注。与反渗透膜构成相似，TFC正渗透膜是由超薄皮层在多孔支撑层表面复合而成。但由于多孔支撑层中存在严重的内浓差极化(ICP)，目前商品化和在研正渗透膜水通量普遍较低。因此，理想正渗透膜最好没有多孔支撑层以消除ICP现象，但这样的膜强度太差，这就需要合理考虑膜结构和性质，特别是对支撑层进行优化，同时保证膜的高性能和高强度。近年来，TFC正渗透膜的支撑层主要集中在多孔超滤膜、自支撑中空纤维膜和纳米纤维膜上，通过调节铸膜液组成、优化制膜条件等来改善支撑层结构和表面性质(如亲水性)。但值得注意的是，这些改进仍然没有改变“正渗透水通量远低于预期值”的现状，正如美国《海水淡化导报》的编辑派克拉茨认为“正渗透技术面临的主要难题是找到合适的薄膜”。

开发一种含新型支撑层的TFC正渗透膜，其支撑层既具有合适的结构特点(厚度薄、弯曲度低和孔隙率高)，又具有良好的化学性质(亲水性、强度、化学稳定性和与皮层匹配性)，势必会大幅改善TFC正渗透膜水通量，这对于发展节能型正渗透技术在水处理乃至电力、航天领域的进一步应用，具有重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容

本发明提供了一种在化学改性筛的网表面直接进行界面聚合所获得的薄层复合正渗透膜制备方法，该方法制备的正渗透膜，在保持原有优势的基础上，能够有效降低内浓差极化，从而达到大幅提高水通量的目标，且能够大大增强筛网支撑层与界面聚合皮层的复合强度，从而提高正渗透膜的耐久性能并延长其使用寿命，解决了正渗透应用瓶颈问题。

本发明的正渗透膜，其制备方法如下：

1)将筛网用乙醇和去离子水交替清洗，低温烘干；

其中，筛网为桑蚕丝、聚酯材质等有机筛网、氧化铝和氧化锆等无机筛网以及泡沫镍和铜网等金属丝筛网；

2)将步骤1)处理的筛网置于溶解有多巴和/或多巴胺的溶液中进行振荡反应；然后在乙醇和去离子水中交替清洗，得到表面附有聚多巴或聚多巴胺复合层的筛网；

其中，步骤(2)所述的溶解有多巴和/或多巴胺的溶液，其中的溶剂为海水、去离子水、pH为6～10的Tris-盐酸缓冲溶液或乙醇质量分数为5～40％的乙醇水溶液；所述的多巴和/或多巴胺溶液浓度为0.1～4.0g/L；所述的震荡反应是在转速为100～200r/min、温度为20～40℃的振荡培养箱中进行1～24h；

3)将步骤2)中得到的表面附有聚多巴或聚多巴胺复合层的筛网置于溶解有多元胺水相溶液上，使筛网位于水相溶液表面；然后将溶解有均苯三甲酰氯的油相溶液均匀引入筛网表面，反应后完成制备。

其中，步骤(3)所述的多元胺水相溶液为含氨基的长链/超支化大分子、间苯二胺、三乙胺和表面活性剂的混合水溶液；

上述的含氨基的长链/超支化大分子包括聚乙烯亚胺、氨基化聚乙二醇、壳聚糖等一种或几种；

上述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基溴化铵等一种或几种；

上述的间苯二胺和三乙胺在多元胺水相溶液中的浓度分别为5～30g/L和0～30g/L；

步骤(3)所述的均苯三甲酰氯油相溶液浓度为0.5～10g/L。