[发明专利]一种超亲水/疏水薄层复合膜及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种超亲水/疏水薄层复合膜及其制备和应用。该超亲水/疏水薄层复合膜是通过将聚乙烯醇和2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基‑1‑丙烷磺酸按1～16：4的质量比涂覆在疏水膜表面得到的。本发明方法制备得到的超亲水/疏水薄层复合膜能在长时间内保持稳定的水通量和极高的脱盐率，且具有极佳的抗污染和耐润湿性能。本发明的制备工艺简单，成本低廉，有利于在膜蒸馏、膜脱气领域的规模化生产。

技术领域

本发明属于分离技术领域。更具体地，涉及一种超亲水/疏水薄层复合膜及其制备和应用。

背景技术

膜蒸馏是基于微孔疏水膜的热法脱盐工艺。在膜蒸馏操作过程中，微孔疏水膜会将高温进料液和低温冷凝液分隔开，膜两侧温度差导致的蒸汽压差会使进料液侧的水蒸气分子透过膜孔进入到冷凝液侧，进而冷凝产生淡水，而进料液侧所有不挥发的污染物(包括盐等)都无法透过疏水膜，从而实现水和污染物分离的目的。典型的微孔疏水膜一般由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)等疏水材料制成，具有微米或亚微米级的膜孔，在膜蒸馏过程中主要起两个作用：1)为水蒸气传递提供通道；2)防止进料液污染冷凝水。除膜蒸馏外，微孔疏水膜在废水脱气领域也有着广泛的应用。举例来说，膜脱氨技术是一种利用疏水微孔膜阻来隔开两种液体(待处理的含氨废水和酸性的氨吸收液)的技术，在膜两侧氨气分压差的驱动下，氨气会从废水侧扩散进入吸收液并反应成为铵盐，而废水在微孔疏水膜的阻隔下无法与吸收液混合，从而实现将氨从废水中脱除与回收的目的。类似地，微孔疏水膜还可被用于废水中甲烷和硫化氢气体的脱除与回收。

现有的微孔疏水膜在处理较为干净的进料液(如反渗透浓水)时运行良好，水通量和脱盐率都能较为稳定。然而，在处理成分复杂的废水(如含油废水)时，常出现两个问题：1)膜润湿：进料中存在表面活性剂时的表面张力较低，使膜孔的液体进入压力(LiquidEntry Pressure，LEP)降低，从而导致进料液浸润膜孔，造成膜润湿；2)膜污染：进料中存在一些污染物(尤其是疏水性污染物，如油)时，疏水膜和污染物之间的疏水—疏水作用力会导致疏水污染物附着在膜表面并堵塞膜孔，造成膜污染的同时还使得水通量大幅度下降，严重影响产水效率。为此，专利CN201810334461.0将超亲水皮层纺丝溶液喷涂在超疏水皮层上，实现膜蒸馏用膜的耐润湿和抗污染，但该膜的制备方法需要经过三次静电纺丝的操作，工艺复杂繁琐，不利于规模化生产。

因此，亟需寻找一种制备简单、能实现微孔疏水膜耐润湿和抗污染的工艺。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种超亲水/疏水薄层复合膜的制备方法，通过简单的工艺得到一种耐润湿和抗污染的薄层复合膜。

本发明的第一目的是提供一种超亲水/疏水薄层复合膜的制备方法。

本发明的第二目的是提供上述方法制备得到的超亲水/疏水薄层复合膜。

本发明的第三目的是提供上述超亲水/疏水薄层复合膜在膜蒸馏、膜脱气中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种超亲水/疏水薄层复合膜的制备方法，具体是将聚乙烯醇和2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸按1～16：4的质量比涂覆在疏水膜表面，即得到所述薄层复合膜。

在上述方法中，交联剂2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(P(AA-AMPS))和聚乙烯醇(PVA)进行交联，其中的长链和不对称结构最大限度地减少了碳化物的形成，从而实现了酯化反应，促进了与PVA链的交联，实现了本发明超亲水/疏水薄层复合膜中致密稳定的涂层。当聚乙烯醇的含量过高时，易产生胶体，使得涂层不稳定，容易脱落失效；而当2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸的含量过高时，膜的柔韧性会降低，因此只有控制在适当的用量下才能保证膜的致密性。