[发明专利]正渗透有机-无机复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体为正渗透有机-无机复合膜及其制备方法。

背景技术

膜分离过程是一种高效节能的水处理过程，水处理膜是膜法水处理过程的核心，其性能的好坏决定着膜法水处理过程能否大规模应用。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。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，而目前对用于正渗透过程中的正渗透膜的研究较少，相关专利WO2006110497A2中，正渗透膜的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。

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。目前世界上很多研究机构正在对合正渗透膜的制备进行研究探索，但总体上，正渗透有膜的通量提高不是很大。因此开发高通量、高性能的正渗透膜对正渗透过程具有重要的意义。

由于水处理膜应用在水体环境中，时间久了水体中的微生物易附着在膜的表面，对膜孔造成破坏，从而改变了膜本来的性能。因此，制备具有高抗菌性能的水处理膜对于膜在水处理过程中的应用也具有重要的意义。尤其是对于新发展起来的在多种领域都具有广泛应用潜力的正渗透膜，其相比于传统的压力驱动型膜，在应用过程中膜的两侧均与溶液相接触，从而增加了膜受微生物污染的倾向，因此抗菌膜对于正渗透过程也是非常必要的。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种正渗透有机-无机复合膜及其制备方法，该正渗透有机-无机复合膜不仅可以显著提高了膜的渗透通量，保留了高的截留率，而且抗菌性能也可以得到显著增加，用以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

正渗透有机-无机复合膜，包括至少一个底膜层，所述底膜层包含聚合物以及分散于所述底膜层中的纳米粒子；所述的正渗透有机-无机复合膜的水通量大于12L·m^-2·h^-1。

所述底膜层中，纳米粒子的含量为底膜层的总重量的0.05-5wt％，较佳方案为0.1-2wt％。

所述纳米粒子为TiO₂纳米粒子、金属纳米粒子、载有金属离子的沸石分子筛、NaA型沸石分子筛中的一种或多种，纳米粒子的粒径为0.1-4μm，较佳地，为0.5-2μm。

所述底膜层中的聚合物包括(a)组聚合物或(b)组的聚合物，其中(a)组聚合物为聚砜、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、聚丙烯腈中的一种或多种，(b)组的聚合物为醋酸纤维素类聚合物。

所述聚合物和纳米粒子的质量比为10-22∶0.04-20，较佳方案为10-18∶0.1-2。

所述的正渗透有机-无机复合膜还包括用于支撑底膜层的支撑层和/或位于底膜层之上的活性层。

所述的活性层通过界面聚合反应与底膜层复合。

所述的支撑层为无纺布、聚酯筛网、牛皮纸、或其组合。

所述金属纳米粒子为银纳米粒子、铜纳米粒子、锌纳米粒子、铁纳米粒子、或其组合。

所述的纳米粒子为多孔材料。

正渗透有机-无机复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供一铸膜液，所述铸膜液含有聚合物、纳米粒子和溶剂；

(2)将所述的铸膜液涂覆于基材上，然后在空气中静置，直至其中的溶剂挥发形成致密皮层，将形成的致密皮层的膜放在凝胶浴中凝胶，经相转化后得到所需要的底膜层，将得到的底膜层用去离子水清洗，从而除去残余的有机溶剂；

(3)所得底膜层既为正渗透有机-无机复合膜；或当所述基材被用作支撑层时，得到含支撑层和聚合物膜层的正渗透有机-无机复合膜。

所述铸膜液中聚合物的含量为铸膜液总重量的10-22wt％，所述铸膜液中纳米粒子的含量为铸膜液总重量的0.04-20wt％。

所述底膜层的厚度为80-200μm，优选为80-180μm，更优选为100-150μm。

步骤(1)中所述铸膜液是通过以下放置制备：