[发明专利]一种以促进聚酰胺纳米囊泡生长的高性能反渗透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种以促进聚酰胺纳米囊泡生长的高性能反渗透膜的制备方法，它通过选取聚砜超滤膜作为支撑底膜，在支撑底膜的表面，水相胺单体和油相多元酰氯单体进行界面聚合反应复合一层聚酰胺超薄层，形成反渗透膜；并且通过调控界面聚合过程中的参数条件，从而优化该反渗透膜的渗透选择性。在此基础上，在水相溶液中引入全氟丁基磺酸钾，以促进支撑底膜表面的聚酰胺纳米囊泡的生长，增大膜表面粗糙度，进而提高膜的渗透通量，进一步优化该反渗透膜的性能。本发明制得的反渗透膜在不损失截盐率的同时，可显著地提高膜的渗透通量。本发明为高截留率和高通量的聚酰胺反渗透膜的开发提供了一种新的参考途径。

技术领域

本发明涉及一种以促进聚酰胺纳米囊泡生长的高性能反渗透膜的制备方法。

背景技术

地球上水资源丰富，但是来自于低洼的海洋中的水就占据着96.54％。海水中的无机盐浓度高达3.5％，并且其中还有大量的细菌以及微生物。人一旦长时间饮用这种高浓度水将会导致人体出现极度脱水的情况，最终导致死亡。在地球上能为人们饮用的淡水资源仅占总水量的2.53％，将海水淡化变为人们能够饮用的水是一项重大挑战。此外，目前的环境水体污染问题也越来越严重，比如化工厂排出的废液需经净化处理达标排放；医药、农药有用物质的浓缩回收等等。因而现今对于一种先进水处理技术的需求显得愈来愈严峻。

反渗透技术是60年代新兴发展起来的、最先进的、节能的膜分离水处理技术。它的工作原理如图1所示：当用反渗透膜将两不同盐浓度溶液隔开时，在该反渗透膜的高浓度一侧施加一定压力，该驱动力将会克服溶剂由低浓度盐溶液向高浓度盐溶液中渗透的渗透压，从而驱使溶剂分子会向低浓度盐溶液中扩散，这样使得低浓度盐溶液的浓度越来越低，从而达到分离净化水资源的目的。早在1953年，美国佛罗里达大学的C.E.Reid发现了醋酸纤维素具有优良的半透性，并设想将其运用到海水淡化领域中。随后，1960年美国的Sourirajan和Leob教授研制出醋酸纤维素不对称膜，水通量是同等材质所制备的均质膜的10倍多，这使得RO膜从实验室走向了实际应用，此外这种相转化制膜工艺引起了社会广泛的研究兴趣。20世纪70年代，美国杜邦DuPont公司首次发明全芳香聚酰胺中空纤维反渗透器，随后，在1978年，Cadotte通过在聚砜支撑底膜上，选用均苯三甲酰氯和间苯二胺进行界面聚合反应开创了薄膜复合膜制膜的新时代。这是膜科学发展史上又一个重要的里程碑，相比于之前通过相转化法开发出来的醋酸纤维素膜，它具有更薄的脱盐截留层，这种较薄的膜结构会极大地减小盐水跨膜传输的阻力，从而可以显著提高膜的渗透选择性。目前商品化的反渗透膜大都都是通过界面聚合的方法制备出来的。

基于Cadotte开创出来的界面聚合制膜方法，从20世纪80年代至今，有大量的研究都是围绕着如何调控聚酰胺分离层的微纳结构从而去优化膜的性能。通过界面聚合制备出来的聚酰胺反渗透膜的结构包括三个部分：主要起支撑作用的无纺布(厚度为100-150μm)；多孔中间层(如聚砜，聚丙烯腈等，厚度约50μm)；聚酰胺有效分离层(厚度为0.01-0.3μm)。21世纪初期，2007年，美国加利福尼亚大学的Eric M.V.Hoek提出了纳米粒子混合基质反渗透的制备方法：在水相或者油相中加入适量的纳米粒子，在界面聚合过程，这些纳米粒子将参与水油相反应单体的聚合反应，即原位聚合形成纳米粒子混合基质反渗透膜，由于添加的纳米粒子的特殊性质，比如氧化石墨烯片层之间的间隙，纳米沸石的多孔结构等等这些特殊结构为水的运输提供了额外的传输通道，从而有效地提高了膜的水通量。但是由于纳米粒子多为无机材料，而聚酰胺层则为高分子有机物，将纳米粒子混入反渗透膜中存在一个无机和有机材料相容性差的问题，纳米粒子是否掺杂进入了聚酰胺膜中是一个值得进一步探讨的科学问题，而后为了解决该相容性问题，一些科研工作者又对纳米粒子进行了改性，使其更好地分散于反应水相或者油相中，进而可以更顺利地一起参加界面聚合反应。