[发明专利]用于反渗透的防污聚合物和包含其的膜

说明书

本发明提供适用于液‑液过滤/反渗透的复合膜。本发明还提供可用在复合膜中的共聚物，该共聚物包含锚固重复单元和防污重复单元；以及提供复合膜和共聚物的制备方法。在优选的实施方案中，共聚物(P[SBMA‑co‑HEMA])经由磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)的两性离子单体和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的锚固单体的自由基共聚合来合成。

技术领域

本发明涉及防污聚合物，涉及包含该防污聚合物的用于反渗透的复合膜，并且涉及防污聚合物和复合膜的制备方法。

背景技术

本说明书中在先公开文件的列出或讨论不应当必然地被理解为所述文件是最先进技术的一部分或者是公知常识。

脱盐是制备淡水的重要过程，特别是在干旱的沿海地区，例如中东。脱盐的一种方法是反渗透(RO)，其由于相对低的能耗使得目前主导全球脱盐市场。反渗透在水处理和重复使用中也起到重要作用。

反渗透涉及使用半透膜，该半透膜允许水通过它，但是将例如氯化钠等溶解的溶质截留。该过程依赖在膜的溶质侧使用高压，这增加膜的溶质侧上的溶剂(水)压力，使溶剂(水)逆于渗透梯度流动。

反渗透过程中的一个重要问题是半透膜的积垢。各种污垢(例如有机、无机和生物污垢)在膜表面上的附着和聚集减少水通过膜的通量。这可导致更高的运行压力、频繁的化学清洗的必要性、和缩短的膜运行寿命。所有这些因素大大地增加了运行上的成本。

现有的将反渗透膜改性以提供改善的防污性的方法通常涉及复杂的合成步骤和/或多步工艺，意味着它们不适用于大规模生产。另外，大多数物理或化学改性降低通过膜的水通量率。因此，需要防污并且可以保持高水通量率的反渗透膜。另外，需要可以通过环境友好并且可扩展的方法制备的反渗透膜。

发明内容

出人意料地发现，将包含两性离子单体的共聚物与膜共轭(conjugate)会为膜提供有益的防污性。不希望受理论的束缚，认为两性离子基团排斥例如有机、无机和生物污垢等通常的污垢。这防止此类污垢在膜表面上的累积，否则会导致水通量率降低。可以通过共聚物中存在的官能团(例如存在于除了两性离子单体以外的单体上)将具有两性离子单体的共聚物经由共价键与膜共轭。

还出人意料地发现，本文中公开的共聚物可以共价键合至膜上的松散的聚合物链，从膜表面除去这些松散的链。这减小膜的厚度并且促进膜表面上孔的形成，其二者都提高膜的水透过性，而不降低膜的盐/离子截留性。

当从反渗透工厂进料10天内的情况下试验时，该方法能够提供纯水透过率达到10LMH巴^-1、NaCl截留率为～98％、和对海藻酸盐和蛋白质积垢抵抗性高的膜。

因此，本发明的第一方面提供以下。

1.一种复合膜材料，其适用于液-液过滤，其包括：

具有第一表面和第二表面的多孔聚合物基底材料；

附着至基底的第一表面的薄膜层，该薄膜层由三维聚酰胺网络构成；和

共价附着至薄膜层的共聚物，其中：

共聚物具有聚合物主链并且包含第一重复单元和第二重复单元，其中第一重复单元为聚合物提供悬挂至聚合物主链的两性离子官能团，并且第二重复单元为聚合物提供适合与三维聚酰胺网络形成共价键的官能团。

2.根据条款1所述的膜，其中基底材料选自聚醚砜、聚砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚偏二氟乙烯、三乙酸纤维素、聚醚酮、或聚醚醚酮，任选地，其中基底材料的厚度为10至10000μm，例如50至1000μm，例如100至300μm。

3.根据条款1或条款2所述的膜，其中三维聚酰胺网络由聚酰胺材料形成，该聚酰胺材料为脂肪族和/或芳香族聚酰胺，任选地，其中脂肪族和/或芳香族聚酰胺包含选自由卤素、甲硅烷基和硅氧烷基团组成的组中的一个以上的取代基。