[发明专利]具有纳米尺寸气泡的膜渗透性增强的薄膜复合膜、其制备方法和用途

说明书

提供了具有纳米尺寸气泡的膜渗透性增强的薄膜复合膜、其制备方法和用途。薄膜复合膜的制备方法包括：a)含有至少一种胺的水溶液，和b)含有至少一种多官能酰卤的有机溶液，存在于a)和/或b)的添加剂或可溶性气体，或在a)和/或b)中使用纳米气泡发生器或超声波以产生纳米气泡。a)和b)的界面聚合发生在多孔支撑膜的表面或其附近。在膜的分离层中产生纳米尺寸气泡的优点是它可以在不牺牲膜的机械强度和稳定性的情况下降低膜的阻力，从而改善其透水性、脱盐率和防污性。此外，该方法易于采用，同时膜的性能改善显著。

发明领域

本发明总体上涉及膜，并且更具体地涉及具有增强的膜渗透性的薄膜复合膜、其制备方法和用途。

发明背景

反渗透是一种水净化技术，其中含有多余成分的水在一定的施加的压力下通过半透膜，以从其中除去离子、颗粒和分子。它是目前缓解水资源短缺压力—我们的时代最严重的全球性挑战之一的最重要的脱盐技术。参见M.Elimelech,W.A.Phillip,“The future ofseawater desalination:energy,technology,and the environment,”Science,333(2011)712-717(以下简称“Elimelech”)。迄今为止，最流行的商业化的反渗透膜是聚酰胺薄膜复合膜。参见Elimelech的文章以及K.P.Lee,T.C.Arnot,D.Mattia,“A review ofreverse osmosis membrane materials for desalination-Development to date andfuture potential,”Journal of Membrane Science,370(2011)1-22(以下简称“Lee”)和D.Li,H.Wang,“Recent developments in reverse osmosis desalination membranes,”Journal of Materials Chemistry,20(2010)4551。薄膜复合膜的主要优点之一是分别优化薄膜和多孔基底的能力，这赋予整个薄膜膜可调节的膜结构、高分离性能和膜稳定性。B.J.A.Tarboush,D.Rana,T.Matsuura,H.A.Arafat,R.M.Narbaitz,“Preparation ofthin-film-composite polyamide membranes for desalination using novelhydrophilic surface modifying macromolecules,”Journal of Membrane Science,325(2008)166-175。这是因为薄膜复合膜通常是在多孔基底，通常是聚砜多孔基底处或其附近，通过包含至少一种胺单体的水溶液和包含至少一种酰氯单体的有机溶液的界面聚合来制造的。

自从将薄膜复合膜引入商业市场的革命性成功以来，对新型薄膜复合膜的研究和开发已经急剧下降。当前的商业化的薄膜复合膜产品仍基于20世纪80年代发现的原始化学物质，并由Dow Filmtec、海德能(Hydranautics)、Toray、Vontron和GE等垄断。例如，最大的脱盐膜制造商Dow目前销售基于FT-30的产品；Toray提供的基于UTC-70的膜；海德能膜基于NCM1，与CPA2相同；以及Trisep膜是基于X-20。另一方面，不对称膜产品仍然是基于传统的醋酸纤维素材料参见Lee的文章。

尽管现有的薄膜复合膜是有效的和商业化的，但是它们仍然遭受诸如低透水性和易结垢的缺点。已经采用了许多方法来增加透水性，并且可以分为两种类型。一方面，界面聚合反应通过将添加剂如胺盐(特别是叔单体胺盐、季单体胺盐、多官能叔胺盐)、醇等(极性非质子溶剂)或纳米颗粒(例如沸石、TiO₂)包括到反应系统中来控制。另一方面，使制得的薄膜复合膜经受后处理。然而，上述两种方法均未将透水性和脱盐率都提高到期望的程度。

本发明的目的是提供一种具有增强的膜渗透性的薄膜复合膜，并提供其制造方法和用途。