[发明专利]基于分子通道结构调整的新的抗污染反渗透膜的制备方法

说明书

本发明旨在提供基于分子通道结构调整的新的抗污染反渗透膜的制备方法，在反渗透复合膜表面通过对GO层状之间的距离调控来构建水分子通过而阻止污染物的进入来制备高性能的抗污染反渗透膜。这种新型抗污染反渗透膜的制备过程是先在反渗透复合膜表面涂覆含有GO、纳米TiO2、纳米SiO2和碳纳米管的一种或多种PVA水溶液，然后烘干用清水洗净后再涂覆含有GO、纳米TiO2、纳米SiO2和碳纳米管的一种或多种PVA水溶液，再烘干后用清水洗净，然后重复以上步骤，具体次数依照水通量要求而定。通过对涂覆液各组分及浓度和种类进行优化选择，对后处理温度进行调控，制备出了高性能的抗污染反渗透膜。

技术领域

本发明属于反渗透复合膜技术领域，具体涉及基于分子通道结构调整的新的抗污染反渗透膜的制备方法。

技术背景

淡水资源短缺是21世纪人类所面临的最大问题之一，而反渗透膜分离技术是最有前景的水处理技术之一，其具有操作简便、运行能耗低、脱盐率高等优点，已被广泛应用在海水和苦咸水淡化以及废水资源化等领域，创造了巨大的经济和社会效益。但是反渗透膜在使用过程中会出现水通量逐渐变小，膜通量下降的现象，这主要是膜污染导致的。膜污染是指水溶液中的有机物分子、无机离子、胶体和微生物通过与膜表面产生一系列的物理、化学作用吸附和沉积形成一层致密污染层的过程，导致膜孔堵塞，膜通量降低，盐截留增大，膜分离性能衰退的现象。

反渗透膜抗污染改性一般有以下方法：(1)表面涂覆，可以将不溶性的商品聚合物直接涂覆在膜表面，还可以先涂覆水溶性聚合物，再通过交联使其固定，涂层可以将污染与膜表面隔绝。(2)层层自组装，层层自组装,是一种利用静电作用将带有相反电荷的聚电解质交替沉积在物质表面而得到多层超薄复合膜的技术，通过静电排斥作用来提高膜的抗污染性。(3)表面接枝，主要是改变膜表面的亲水性、荷电性和粗糙度使得复合膜抗污染物吸附能力显著提高。(4)有机无机杂化改性。有机无机杂化复合膜拥有良好的物理和化学稳定性、出色的分离性能，结合了传统有机膜和无机膜的优良性能，在最近20年作为一种新型膜材料得到了研究者的高度重视，并且在纳滤、反渗透等方面取得了一定的进展。

目前，使用较多的无机材料有纳米TiO2粒子、碳纳米管、纳米银、纳米SiO2、沸石等。无机材料的加入能够改变膜表面的亲水性和粗糙度，提高抗污染能力，增强分离膜的使用寿命。一般的抗污染改性基本上可以分为两类：一类是直接在复合膜面上涂覆保护涂层，主要是为了改变膜面的亲水性和表面电荷，而对膜面的表面形貌结构没有直接的改变，另一类是在制备膜的过程中，直接在水相或油相里添加纳米粒子改性膜的抗污染性能。很少有人通过膜表面的微结构设计来提高膜的抗污染性能。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，其结构由片状的石墨烯和其边缘镶嵌着的大量的羟基、羧基、环氧基、羰基含氧官能构成，而氧化石墨烯(graphene oxide)由于特殊的结构和高比表面积对水中污染物有良好的吸附性能。纳米TiO2因其光催化效果能够分解有机化学物质和杀死细菌，近年来一直是大量关注的焦点。二氧化钛光催化通过光照下的还原反应或氧化反应生成不同的活性氧，如羟基自由基，过氧化氢，这些活性氧可以进一步破坏细菌细胞外膜，并且分解细菌产生的内毒素。而且纳米TiO2表面有很多羟基，可以与很多纳米基团形成氢键。由于氧化石墨烯(graphene oxide)是层状结构，层与层之间有一定的间距，如果能够调控氧化石墨烯(graphene oxide)层间的距离，使得水分子能够顺利通过而阻止污染物的通过，再由于氧化石墨烯(graphene oxide)具有很强的亲水性，基本不会增加水分子的通过阻力，因此如果在膜面上对氧化石墨烯(graphene oxide)进行结构调控，就能有效的提高膜的抗污染性能。PVA是一种水溶性高分子，其分子链段上也有很多亲水基团-羟基，PVA发生交联反应的时候能够形成网状结构，能够把掺杂在网状结构中的纳米粒子牢牢固定，通过调节PVA的浓度能够有效的控制交联层的厚度。本发明的研究通过在复合膜表面通过对氧化石墨烯(graphene oxide)层状之间的距离调控来构建水分子通过而阻止污染物的进入来制备高性能的抗污染反渗透膜。

发明内容