[发明专利]一种类水滑石复合正渗透膜支撑层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种类水滑石复合正渗透膜支撑层及其制备方法。

背景技术

随着世界人口的增长和社会经济的发展，水资源匮乏和污染已经越来越严重地制约着社会经济，甚至威胁到人类的生存发展。面临日益严重的水资源问题，水处理技术得到了广泛的发展，尤其是膜法水处理技术，因其耗能低、占地小、产水水质好等优点成为了一种重要的水处理技术，反渗透(reverse osmosis，RO)技术是其中发展比较成熟的一种。但是反渗透需要外加压力，因而耗能相对较大，而且还存在膜易被污染、浓盐水排放对环境的污染等问题，限制了其在更多领域的发展。

正渗透(forward osmosis，FO)是一种依靠渗透压差作为驱动力的膜分离技术，因其低能耗、零排放等优点而受到越来越广泛的关注。目前，正渗透技术在国际上受到广泛重视，相关理论研究和实践探索工作不断取得进展，已经开始将其用于海水淡化、废水处理、食品医药、能源等领域，并取得了显著的效果。相对于反渗透技术而言，这种利用膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力来进行分离的技术，具有回收率高、膜污染低、浓水排放少、无需外压等优点。因此被认为有望取代反渗透技术成为水的纯化和脱盐的新途径。但目前使用的正渗透膜，由于存在着内浓差极化现象，其水通量远低于理论值。因此，为提高正渗透膜的性能，应尽量缓解内浓差极化现象，其方法就是增加支撑层的孔隙率、减小支撑层厚度以及增加其亲水性等。

目前，商品化的FO膜主要是美国水技术创新公司(HTI)生产的三醋酸纤维素膜。但是这种膜在使用过程中存在选择性较低、易水解、易被生物降解等缺点。相比三醋酸纤维素膜，FO复合膜由多孔支撑层和一层超薄的聚酰胺活性层组成，具有更高的选择性、更好的稳定性等优势，更适用于FO过程。美国耶鲁大学研究小组和新加坡南洋理工大学研究小组分别以聚砜或聚醚砜为膜材料制备了支撑层，通过界面聚合制备了复合正渗透膜，该膜具有较高的水通量和截留率。马来西亚的膜技术研究中心将纳米二氧化钛(TiO₂，Degussa P25，Evonik)加入到聚砜支撑层里，得到了具有较高孔隙率和亲水性的支撑层，提高了FO过程中的水通量，有效的降低了内部浓差极化现象。新加坡南洋理工大学研究小组在聚砜支撑层中添加了沸石纳米颗粒(NaY，40-150nm，SigmaAldrich)，有效的降低了内部浓差极化，提高了FO性能。而我国正渗透技术的研究起步较晚，目前国内对正渗透技术的研究，无论是膜制备还是膜过程研究，仍处于探索阶段。前期的研究启示我们，利用纳米颗粒共混改性膜材料，有望提高正渗透膜的水通量、截留率、亲水性、机械性能和耐污染性能。

类水滑石是一种层状金属氢氧化物(Layered-Double-Hydroxides，LDH)，它具有较高的比表面积、良好的亲水性和催化性能；同时还具有耐热性、耐辐射性和耐酸碱性，是一种良好的无机纳米材料。目前，此类材料在吸附、催化、阻燃、电化学等许多领域展现出广阔的应用前景。本发明将LDH与聚合物共混用于制备正渗透膜支撑层，有望在获得高水通量的同时，也使正渗透膜具有耐污染性和抑菌性，这为正渗透膜材料的研究开发及应用推广提供了新的思路。如何在得到亲水性的同时，又使正渗透膜具有抗污染性和保持水通量的稳定性，这是近年来膜科技工作者一直在思索和研究的难题。本发明利用类水滑石改性正渗透膜支撑层的结构的研究，国内外尚未见文献报道。

发明内容

1.发明目的

本发明的目的是提供一种类水滑石复合正渗透膜支撑层及其制备方法，即为了有效降低正渗透内浓差极化现象，提供一种类水滑石改性正渗透膜支撑层及其制备方法，为正渗透膜材料的研发及应用提供了新的思路。

2.技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种类水滑石复合正渗透膜支撑层及其制备方法，主要技术方案如下。

本发明的类水滑石复合正渗透膜支撑层，其组成包括聚合物本体和类水滑石纳米颗粒作为添加材料，且类水滑石纳米颗粒在聚合物内高度分散。

所述的类水滑石复合正渗透膜支撑层中，聚合物可以为聚砜、聚醚砜、聚亚苯基砜、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、醋酸纤维素及其衍生物中的一种或多种。