[发明专利]一种非对称聚酰胺纳米膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种非对称聚酰胺纳米膜及制备方法，由无纺布、多孔支撑层、聚酰胺树枝状大分子多孔层及聚酰胺致密层组成，其中聚酰胺树枝状大分子多孔层及聚酰胺致密层在本专利中称之为非对称聚酰胺膜。树枝状大分子的具体结构，由内核、构建基块和封端基块组成。内核的结构通式为：‑(NH)_n‑R_x其中，x＝a,b,c；n＝1，2，3，4。在多孔性聚砜支撑层表面自组装一层聚酰胺树枝状大分子多孔层，之后在大分子多孔分层上涂敷一层聚酰胺致密层，该致密层由含有多胺基官能团的水相胺溶液，与含多酰氯官能团的有机相酰氯溶液经界面缩聚反应形成。本发明制备简单，脱盐性能优异，易于在工业上进行应用。

技术领域

本发明涉及水处理纳米复合膜领域，具体指一种高通量、高选择性的聚酰胺膜及制备方法，属于膜分离技术领域，特别是涉及一种非对称聚酰胺纳米膜及制备方法。

背景技术

经济建设和社会发展离不开水资源。以聚酰胺反渗透(RO)和纳滤(NF)代表的膜分离技术，兼有分离、浓缩、纯化和精制的特点，被誉为“21世纪最有前途的高新技术之一”，有望解决水深度处理(苦咸水/海水淡化、饮用水、工业废水“资源化”和“零排放”) 过程中的能源、环境、效率等问题。一种非对称聚酰胺纳米膜及制备方法

自反渗透膜制备工艺由相转化演变为界面聚合以来，膜结构也随之由传统的非对称转变为目前成熟的复合结构。在过去的30年中，聚酰胺膜性能的改进和更好的工艺设计已将海水淡化的成本降低至0.50美元/m³以下。例如，能量回收装置及高效率高压泵的应用使能耗由6.1kWh/m³降低到约为2.0–3.0kWh/m³(C.Fritzmann,J.Lowenberg,T. Wintgens,T.Melin,Desalination 216,1(2007))。海水中的海水淡化的理论最小能量为 1.05kWh/m³(35,000ppm的盐，典型回收率为50％时)；但是，由于脱盐厂的规模和数量有限，实际的能源消耗更大。现有海水淡化反渗透膜能耗距理论能耗1.05kWh/m³仍有差距，表明现有商业聚酰胺分离层渗透性与选择性仍有进一步优化的可能，以降低能耗，提高聚酰胺膜技术经济性。另有数据表明，当膜的渗透率提升3倍时，可将海水反渗透膜(SWRO)的压力容器数量减少44％，苦咸水反渗透膜(BWRO)的压力容器数量减少63％，对应的能耗则分别降低15％和46％。一般情况下，典型的单层聚酰胺纳滤膜的MgSO4/水通量为115L·m^–2·h^–1，MgSO₄截留率为97.2％(测试条件，1MPa， 2g/L盐溶液)，而单层聚酰胺反渗透膜的NaCl/水通量为75.74L·m^–2·h^–1，但NaCl截留率偏低，为97.48L·m^–2·h^–1。因此，如何进一步提高聚酰胺膜的渗透性与选择性，是膜分离技术领域的重要课题。