[发明专利]一种高通量复合正渗透膜的连续制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子分离膜技术领域，具体涉及一种高通量复合正渗透膜的连续制备方法。

背景技术

正渗透(FO)技术是利用自然渗透压，使水分子从半透膜一侧(原料液侧)向具有更高渗透压的另一侧(汲取液侧)渗透，然后将汲取液再生循环而获得淡水的方法。因此，正渗透是在常压下以膜两侧渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程。与反渗透(RO)相比，正渗透过程具有低压甚至无压操作、低能耗、优良脱盐性能、低膜污染、高回收率、零排放等诸多优势。正渗透技术应用于海水淡化、液体食品的加工和药物产品等方面，是最具潜力的水净化和脱盐技术。与反渗透膜相似，正渗透膜一般也由致密皮层和多孔支撑层组成，但正渗透膜的渗透通量往往受制于发生在多孔支撑层内部的浓差极化效应。将成熟的反渗透膜用于正渗透过程，实验发现正渗透产水量远低于预期。因此，不同于反渗透膜，正渗透膜在具备选择透过性的同时，其支撑层结构需要进一步优化以减缓其中的内部浓差极化现象。高性能的正渗透膜的支撑层应具备更薄的厚度、更高的孔隙率以及更低的空曲折度。

正渗透膜的支撑层的制备过程一般是将聚合物铸膜液复合在低密度支撑材料(如低密度的织物、无纺布、筛网等)表面，经凝固浴固化成形后，得到复合支撑基膜。专利CN103182252B公开了典型复合正渗透膜及其制备方法，将铸膜液涂敷在低密度无纺布层上，在凝胶浴中相转化得到多孔支撑层；接着在多孔支撑层上，多元胺水溶液与多元酰氯有机溶液反应形成超薄分离层，从而得到包括低密度无纺布层、多孔支撑层和超薄分离层的具有三层结构的复合正渗透膜。这种方法制备复合正渗透膜存在的主要问题是：铸膜液极易渗入甚至透过低密度支撑层，最终形成较厚的聚合物层，不利于正渗透膜通量的提高。专利CN106215715A公开了一种高通量复合正渗透膜的制备方法，以多孔材料为成膜基底，将筛网固定于多孔材料的成膜基底上，将聚砜铸膜液涂覆在筛网上，然后浸入凝胶浴中相转化得到多孔基膜；在多孔基膜表面进行界面聚合反应生成活性分离层。成膜基底的多孔结构使得基膜中更易形成贯穿的指状孔结构和开放的底面结构，从而降低正渗透过程中的内浓差极化现象，提高了复合正渗透膜的水通量。该方法制备复合正渗透膜，铸膜液依然会渗过筛网，由于筛网两侧的铸膜液几乎同时与水接触发生相分离，容易形成双皮层。

为了有效降低正渗透膜的总厚度，削弱支撑层中的内部浓差极化现象，提高正渗透膜的渗透通量，专利CN105617885A公开的制备方法是：采用双面铸膜的方式，首先在疏松的支撑材料表面涂覆以高黏度的第一铸膜液并经凝固浴固化成形，随后在所得复合支撑体的另一侧涂覆以低粘度的第二铸膜液并经凝固浴固化成形，由于第一聚合物层的存在，有效防止了第二铸膜液的渗漏；在第二聚合物层表面进行界面聚合后，将第一聚合物层从复合结构中剥离，得到了较薄的第二聚合物层。该制备方法工序繁多，过程复杂，且第一聚合物层的剥离、回收增加了生产成本，不利于产业化。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的问题是提供一种高通量复合正渗透膜的连续制备方法。该方法不但过程简单，操作容易，而且能够有效提高支撑基膜的孔隙率，形成疏松、多孔、开放的底面结构，从而减弱支撑层中的内部浓差极化现象，提高正渗透膜的渗透通量。

一种高通量复合正渗透膜的连续制备方法，该方法具体包括如下步骤：

1)支撑基膜的制备：支撑材料在牵引作用下穿过双侧刮刀之间的间隙，利用双侧刮刀在支撑材料两侧同时连续涂覆铸膜液，一侧涂覆高浓度铸膜液，另一侧涂覆低浓度铸膜液，所得复合物经过空气段后，浸入凝固浴中固化成形，得到复合正渗透膜支撑基膜；

2)复合正渗透膜的制备：在所述支撑基膜的高浓度铸膜液涂覆侧表面进行界面聚合，形成具有交联结构的表面分离层。

进一步的优选，所述支撑材料为低密度的无纺布、织物或筛网；所述无纺布的材料包括但不限于聚酯、尼龙、聚乙烯或聚丙烯；所述织物或筛网的材料包括但不限于聚酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、不锈钢、玻璃纤维或碳纤维；所述支撑材料的厚度为30-150μm，孔隙率为50-95％。

进一步的，上述涂覆铸膜液的装置是，支撑材料两侧分别为平行支撑材料的可动挡板(3)，同时在可动挡板(3)的下面为倾斜的刮刀(4)，在支撑材料的同一侧，可动挡板(3)与刮刀(4)之间的有一空隙，空隙大小可根据需要调整。双侧刮刀配合可动挡板控制铸膜液的涂覆厚度；所述双侧刮刀之间的间隙为50-200μm；所述可动挡板可以上下、内外移动，用以控制两种铸膜液的施放次序或施放量，从而调节两种铸膜液的相对涂覆厚度。