[发明专利]具有高脱盐率和高通量性质的聚酰胺水处理分离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本公开涉及聚酰胺水处理分离膜及其制备方法，更具体地，涉及通过诱导酰卤化合物和胺类化合物的残留的未反应部分之间的二次聚合反应而具有改善的脱盐率和渗透通量性质的聚酰胺水处理分离膜。

背景技术

近来，由于全球范围内严重的水污染和水短缺，新型水资源和供水源的研发作为一个紧急的问题摆在人们面前。研究水污染的目的在于处理生活用水、商业和工业用水、多种家庭污水和工业废水等。使用具有节能优势的分离膜的水处理工艺具有显著的意义。另外，近来环境法规执法的增强使得分离膜技术超前活跃。在符合此类环境法规的要求上，传统水处理工艺可能达不到要求，然而，由于分离膜技术可以保证优异的处理效率和稳定的处理工艺，因此预期它们能够在将来成为水处理领域的领导技术。

液体分离方法可以分类为微滤法、超滤法、纳滤法、反渗透法、渗锡法、主动运输法和电渗析法等。在这些方法中，反渗透法是使用半透膜使水透过而盐不能透过的脱盐过程。当溶解有盐的高压水引入到半透膜的一个表面上时，去除盐的超纯水可以在低压下通过半透膜的另一个表面排放出来。

近来，世界范围内，每天约有10亿加仑的水通过反渗透法进行脱盐处理。自从首次使用反渗透进行脱盐处理在20世纪30年代公开以来，在其领域对半渗透膜材料进行了大量的研究。此处，就商业可行性而言，不对称纤维素膜和聚酰胺复合膜的研究变得非常突出。由于在反渗透膜技术发展的早期阶段开发的纤维素膜的不利之处在于，它们具有相对窄的可操作pH范围，在高温下易于变形，由于应用高压需要高运行成本，并对微生物敏感，因此近来它们已经很少被使用。

同时，聚酰胺复合膜可以如下制备：在非织造织物上形成聚砜层来形成微孔支撑体，将微孔支撑体浸渍于间苯二胺(mPD)水溶液中，以形成mPD层，将mPD层浸渍于有机均苯三甲酰氯(TMC)溶剂中，或用其涂覆，以使mPD层与TMC接触而进行界面聚合，由此形成聚酰胺层。非极性溶液和极性溶液可以彼此接触，因而仅在界面处发生聚合，从而形成具有非常小的厚度的聚酰胺层。与现有的不对称纤维素膜相比，由于聚酰胺复合膜相对于pH的变化具有高稳定性，在低压下可操作，并具有优异的脱盐率，因此它们目前主要用作水处理分离膜。

同时，此类水处理膜需要满足几个条件以用于商业目的，其中一个条件是高脱盐率。商业上要求的水处理膜对咸水的脱盐率可以为至少97％以上。水处理膜的另一个重要性质是在相对低的压力下使相对大量的水通过的能力，即高渗透通量。然而，由于脱盐率和渗透通量性质之间存在对立关系，因此制备具有优异脱盐率以及高渗透通量的水处理膜在实践中是不可行的。

此外，所提出的水处理分离膜的局限性在于，由于水处理分离膜的氯耐受性随时间高度下降，膜的更换周期短。因此，为了降低水处理分离膜的氯耐受性下降的程度，已经提出了一种提高活性层的比表面积的方法。未经审查的日本专利公布No.H10-337454公开了形成活性层之后，将包括该活性层的分离膜浸渍于酸性溶液中，以在其表层的表面形成不均匀性或褶皱，从而提高膜的表层的比表面积。未经审查的韩国专利公布1998-0068304公开了一种在制备出分离膜之后，使用高度酸进行后处理以提高分离膜的表面粗糙度的方法。

然而，如未经审查的日本专利公布No.H10-337454所公开的，在将包括活性层的膜浸渍于酸性溶液中的情况下，在膜的表面上可能存在负电荷，使得带有正电荷的污染物质可以被吸附至膜上，从而导致膜渗透通量的下降。因此，需要用电中性的聚合物进行单独的后处理工艺以涂覆膜的表面。

发明内容

技术问题

本公开的一个方面提供一种聚酰胺水处理分离膜，在聚酰胺活性层聚合及形成之后，通过在聚酰胺活性层上涂覆具有低挥发度的第二有机溶剂的工艺，诱导在聚酰胺活性层表面上剩余的酰卤化合物和胺类化合物的残留部分之间二次聚合反应使所述聚酰胺水处理分离膜具有改善的脱盐率同时具有增强的渗透通量性质。

技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种制备水处理分离膜的方法，所述方法包括：在多孔支撑体上形成含有胺类化合物的水溶液层；通过使含有酰卤化合物和第一有机溶剂的有机溶液与所述水溶液层接触形成聚酰胺活性层；以及在所述聚酰胺活性层上涂覆挥发度比第一有机溶剂低的第二有机溶剂。

在聚酰胺活性层上涂覆第二有机溶剂可以包括，通过在聚酰胺活性层上剩余的酰卤化合物和胺类化合物的残留部分之间的额外的界面聚合反应形成聚酰胺。

第一有机溶剂和第二有机溶剂可以为非极性溶剂。