[发明专利]纳米过滤膜及其制造方法

说明书

本发明公开了纳米过滤膜及其制造方法。公开的工业废水过滤膜具有三层：非织造织物(诸如PET)的支撑层，聚砜纳米纤维过滤膜层和纳米多孔聚酰胺活性分离层。将聚砜纳米纤维过滤膜层静电纺丝至所述支撑层上。将所述纳米多孔聚酰胺活性分离层静电喷雾至所述聚砜纳米纤维过滤膜层上。所得到膜在0.48MPa下具有每小时每平方米40升至200升的纯水通量，在氯化钠浓度为2000ppm时具有10％至85％的氯化钠截留率，在硫酸镁浓度为2000ppm时具有80％至97％的硫酸镁截留率。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月8日递交的美国临时专利申请No.62/830,970的权益。

技术领域

本文中公开的产品和方法用于水过滤。更具体地，设备是用于纺织品制造中的水处理或水过滤的纳米过滤膜。

背景技术

随着水资源变得越来越稀缺，净化工业废水以再用于工业、农业或环境用途或人类消费是全球优先事项。膜式滤水器是已知的并且已经商业化。然而，传统的相转化或薄膜复合膜具有低水通量，从而使其对于大量工业应用的效率低。水通量是水通过具有给定横截面面积的膜的渗透率和体积流率的量度(即，在给定时间段内可以过滤的水的体积)。以纳米级设计的膜可以提高水通量，但该膜也会具有高的制造和操作成本。

因此，需要一种具有高通量并且对于批量生产的制造成本低的纳米级过滤膜。本文中所公开的产品和方法使用纳米纤维来制造具有高通量和高盐截留率的高孔隙度的膜。

发明内容

本文中公开了工业废水过滤膜和用于制造该过滤膜的方法。该过滤膜具有至少三层：非织造织物(诸如PET)的支撑层、聚砜纳米纤维过滤膜层和纳米多孔聚酰胺活性分离层。将该聚砜纳米纤维过滤膜层静电纺丝至所述支撑层上。通过同时将两种试剂溶液静电喷雾至所述聚砜纳米纤维过滤膜层上，形成厚度为10nm至100nm的非常薄的聚酰胺层。当压力为0.48MPa时，所得到的过滤膜具有每小时每平方米40升至200升的纯净水通量率。该过滤膜在氯化钠浓度为2000ppm时显示出10％至85％的氯化钠截留率，并且在硫酸镁浓度为2000ppm时显示出80％至97％的硫酸镁截留率。截留率的差异基于本文中所描述的组成和制造方法的变化。该过滤膜具有用于工业水处理或硬水的软化的工业应用。

根据本发明的一实施方式，公开了一种用于制造纳米过滤膜的方法，该方法具有以下步骤：提供非织造织物的支撑层；将聚砜过滤膜层静电纺丝至所述支撑层上；以及将纳米多孔聚酰胺膜活性分离层静电喷雾至所述聚砜过滤膜层上。

根据本发明的一实施方式，公开了一种过滤膜，该过滤膜具有：非织造织物的支撑层；施加至该支撑层表面的纳米纤维聚砜过滤膜层；以及纳米多孔聚酰胺膜活性分离层。所述支撑层可以是PET织物。所述纳米纤维聚砜过滤膜层可以由聚醚砜(PES)纳米纤维形成。所述纳米多孔聚酰胺膜活性分离层可以通过将二亚乙基三胺(DETA)和/或1,8-二氨基-3,6-二氧杂辛烷(TEGDA)的分子与均苯三甲酰氯(TMC)的分子进行缩合反应来制备。

本文中提供了所公开的膜的其它特性或性能参数。

附图说明

图1描绘了根据本发明的实施方式的PES纳米纤维在1000X放大倍数下的SEM显微图像，该PES纳米纤维通过将含有按重量计25％的PES的DMF溶液进行静电纺丝而形成。

图2描绘了根据本发明的实施方式的PES纳米纤维在5000X放大倍数下的SEM显微图像，该PES纳米纤维通过将含有按重量计23％的PES的DMAc溶液进行静电纺丝而形成。

图3描绘了根据本发明的实施方式的聚酰胺活性分离层在1000X放大倍数下的SEM显微图像，该聚酰胺活性分离层通过静电喷雾溶解在去离子水中的按重量计1.5％的TEGDA的溶液和溶解在己烷中的按重量计0.15％的TMC的溶液而形成。