[发明专利]一种高水通量反渗透膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于反渗透复合膜技术领域，具体是指一种高水通量反渗透膜及其制备方法。

技术背景

反渗透膜分离技术是20世纪60年代发展起来的一项新的薄膜分离技术，其原理是在高于溶液渗透压的作用下，通过反渗透膜将溶液中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等物质和水有效分离开来。1981年Cadotte等首次在美国专利4,277,344中发明界面缩聚法制备聚酰胺反渗透复合膜，随后在工业卷式膜元件的发展基础上，反渗透技术在海水及苦咸水淡化、废水处理、中水回用、食品及药物分离领域得到广泛应用，并且取得了很好的经济和社会效益。反渗透膜是反渗透技术的核心，反渗透复合膜的研究和应用一直是反渗透技术领域最热门的研究方向。

目前应用最多的芳香聚酰胺反渗透复合膜因其具有高脱盐率、优良的化学稳定性等优点，成为目前反渗透膜领域及市场的主流产品。然而反渗透膜在使用过程中仍然存在操作压力过高、产水通量有限等不足之处，使得反渗透膜技术制备淡水的能耗及成本依然比较高。在国家大力提倡产业节能环保，绿色转型，可持续发展的大背景下，进一步开发高通量、低操作压力但又不降低脱盐率的超低压或极低压反渗透复合膜成为当前研究的重中之重。

大部分商品化的反渗透复合膜采用聚砜、聚醚砜或者聚丙烯腈材料的多孔超滤膜作为支撑层，支撑层的厚度约为10μm，支撑层的上表层孔径约为10nm。大部分商品化的复合膜采用界面聚合的方式形成超薄分离层，分离层的厚度在10～100nm级，分离层的孔径约为1nm。

界面聚合法制备反渗透复合膜是利用两种反应活性很高的单体在两个不相容的相界面处(一般为水相和有机相)进行聚合反应，从而在多孔支撑层表面形成一层致密的超薄分离层。常用的活性单体包括多元胺、多元醇、多元酚和多元酰氯等。界面反应后分别形成聚酰胺、聚酯或聚脲等分离层。

近年来，各个膜公司或研究机构的研究人员，在提高或改进反渗透膜水通量方面，做了大量研究工作。美国专利5,755,964和5,876,602分别采用醇胺和次氯酸钠溶液对聚酰胺反渗透复合膜进行后处理来提高其水通量；美国专利6,337,018采用在界面聚合的有机相中加入磷酸酯等来提高反渗透膜水通量；美国专利20130037482同样采用在界面聚合中有机相中加入丙酮、乙酸乙酯、异丙醇等来提高聚酰胺反渗透复合膜的水通量；而美国专利5,576,057和6,162,358等则在水相中分别加入乙醇和苯酚来改善反渗透复合膜的水通量。

上述研究通过调节界面聚合或后处理的方法，在不同程度上提高了反渗透复合膜的水通量，但却在一定程度上牺牲了脱盐率，有些高通量反渗透膜的脱盐率甚至不到99％。因此，开发一种在较低操作压力条件下具有高水通量、高脱盐率，同时制备工艺简单的聚酰胺反渗透复合膜不仅可以拓宽反渗透膜的应用范围，而且具有良好的产业前景。

发明内容

本发明旨在提供一种高水通量反渗透膜及其制备方法，即在较低的操作压力下，大幅度提高反渗透膜水通量的同时又不显著降低其脱盐率。在界面聚合制备反渗透膜的过程中，通过对制备方法中的各技术特征进行重新选择、优化，对界面聚合过程进行调控，进而在不影响复合膜分离性能的前提下，有效提高复合膜的水通量。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种高水通量反渗透膜及其制备方法，其特征是：在多孔支撑膜上，通过芳香族多元胺的水溶液与有机相单体芳香族多元酰氯溶液之间进行界面反应，得到聚酰胺反渗透复合膜。即在多孔支撑膜上，通过芳香族多元胺的水相溶液与芳香族多元酰氯的有机相溶液之间的界面聚合，生成一层聚酰胺超薄分离层，其中界面聚合所用的水相或有机相溶液中加入极性非质子类添加剂。

作为优选，上述制备方法中水相单体芳香族多元胺为间苯二胺、对苯二胺、或均苯三胺中的一种或多种，且水相单体芳香族多元胺的质量体积浓度为1.0～5.0％。作为更佳选择，水相单体芳香族多元胺为间苯二胺，且间苯二胺的质量体积浓度为2.0～3.0％。

作为优选，上述制备方法中有机相单体芳香族多元酰氯为均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯中的一种或多种，且有机相单体芳香族多元酰氯的质量体积浓度为0.05～0.3％。作为更佳选择，有机相单体芳香族多元酰氯为均苯三甲酰氯，且均苯三甲酰氯的质量体积浓度为0.1～0.15％。