[发明专利]高性能正渗透膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜改性的方法。

背景技术

海水淡化技术是开发利用海水资源，解决全球水资源短缺问题的重要方法。反渗透技术是目前主要采用的海水淡化技术，但在应用过程中，该技术存在高能耗、较高膜污染、浓水排放等问题。最近几年，正渗透(Forward Osmosis)海水淡化技术的研究逐渐引起了大家的关注。由于正渗透技术是以汲取液自身的化学势作为驱动力，与外压驱动的反渗透技术相比，正渗透技术具有：能耗低、膜污染趋势低、回收率高、浓盐水排放较少、应用范围广等优势。

在正渗透技术应用过程中，汲取液与料液间的存在较高的盐浓度差，产生较大的盐返混通量(Reverse Solute Flux)，由此引发内部浓差极化、汲取剂流失等一系列问题，使正渗透技术的水通量降低、膜污染趋势升高、运行成本增加、应用范围缩小。因此，降低盐返混通量，对于提高正渗透膜的性能具有十分重要的意义。通过对传统制膜方法的优化，开发出具有高水通量、高除盐率、低盐返混通量的高性能正渗透膜，是目前正渗透技术得以发展和推广应用的关键所在。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有海水淡化正渗透膜盐返混通量高的问题，而提供高性能正渗透膜的制备方法。

高性能正渗透膜的制备方法按以下步骤实现：

一、按重量份数比(15～25)∶(0～12)∶(63～85)将成膜聚合物、添加剂和溶剂混合，经密封、搅拌、脱泡后配制成铸膜液，然后采用相转化法制成平板膜或中空纤维膜；

二、将步骤一中所制备的平板膜或中空纤维膜放入50～100℃的热水浴中浸泡0.5～12h，再放入温度为5～50℃、pH值为2～11、浓度为50～20000mg/L的有机溶液中浸泡0.5～12h，取出用去离子水洗涤3～5次，放入体积浓度为20％～70％的丙三醇水溶液中浸泡0.5～3h，取出后晾干并储存于干燥箱中，即完成高性能正渗透膜的制备；

其中步骤一中成膜聚合物为聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、醋酸纤维素(CA)、三醋酸纤维素(CTA)中的一种或几种的混合物；添加剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、甲酰胺(Formamide)、磷酸三乙酯(TEP)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)中的一种或几种的混合物；溶剂为二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、1，4-二氧六环(Dioxane)和丙酮(Acetone)中的一种或几种的混合物；

步骤二中有机溶液为苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、邻氯苯酚、间氯苯酚、对氯苯酚、2，4-二氯苯酚、2，6-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、邻溴苯酚、间溴苯酚、对溴苯酚、2，4-二溴苯酚、2，6-二溴苯酚、2，4，6-三溴苯酚、对苯酚甲酸、邻苯酚甲酸、间苯酚甲酸、邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚、2，4-二硝基苯酚、2，4，6-三硝基苯酚、2-甲酚、4-甲酚、6-甲酚中的一种或几种混合物的水溶液。

本发明的高性能正渗透膜的制备方法，通过改变成膜聚合物、添加剂、溶剂三种组分的比例，以及制膜条件，可实现对膜结构的控制，从达到提高水通量和截留率的目的。所制备的膜在后处理步骤中，通过控制相关工艺参数，促进有机溶液中小分子有机物与高分子正渗透膜材料之间的相互作用。这些作用包括：(1)表面化学吸附作用；(2)表面物理吸附作用；(3)表面电荷吸附与传递作用；(4)分子间相互渗透作用等。这些作用可以改变高分子正渗透膜材料的表面官能团、电荷密度、孔隙结构等，提高正渗透膜对汲取剂离子(或分子)的空间位阻效应、电荷排斥效应等。同时，通过控制改性剂溶液的浓度、温度、pH和膜的浸泡时间等因素，进一步强化这些作用的效果，改变汲取剂离子(或分子)在正渗透膜材料内部的传质模型的相关系数，在水通量不改变的情况下，提高膜的选择性，降低盐返混通量。

本发明的高性能正渗透膜的制备方法，采用常见的化学试剂制备高分子正渗透膜材料，使其在保持水通量不降低(甚至水通量升高)的条件下，盐返混通量降低，有效地提高了正渗透技术对水中离子(或分子)的选择性，对于正渗透技术实际应用具有十分重要的现实意义。同时，本发明方法具有发明工艺简单、操作方便、试剂价格低廉、重复利用率高等优点，可进行大规模工业化生产，具有较好的市场推广前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制备的高性能正渗透膜盐返混通量与现有商品化正渗透膜水通量对比图，其中■表示现有商品化正渗透膜，□表示实施例1中所制备高性能正渗透膜；