[发明专利]基于竖直生长的碳纳米管阵列的反渗透膜及其制备方法

说明书

本发明提出了一种基于竖直生长的碳纳米管阵列的反渗透膜及其制备方法，涉及聚酰胺反渗透膜的技术领域。本发明包括支撑层，支撑层为竖直生长的碳纳米管阵列层；碳纳米管阵列层的顶部原位生长有聚酰胺层，聚酰胺层是含有多元胺的水相溶液与含有多元酰氯的有机油相溶液通过界面聚合反应而成；本发明还给出了上述反渗透膜的制备方法，先制备碳纳米管阵列层，然后，依次浸入含有多元胺的水相溶液和含有多元酰氯的有机油相溶液，清洗，干燥而得到。本发明的反渗透膜制备方法简单，碳纳米管阵列层与聚酰胺层结合紧密，并且，合成的聚酰胺层更薄更光滑，提高了反渗透膜的耐污染程度，其支持层疏水性好，空隙大，脱盐率高，综合水通量得到了大幅度提高。

技术领域

本发明涉及聚酰胺反渗透膜的技术领域，特别是指一种基于竖直生长的碳纳米管阵列的反渗透膜及其制备方法。

背景技术

反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，能够使水分子透过而离子和盐分子等水以外的不纯物不能透过，而将这些不纯物和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，膜孔径大小在1纳米以下，较纳滤膜和超滤膜的膜孔还小；因此，能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点，已在海水淡化、苦咸水淡化、废水处理、医药行业被广泛应用。

目前，反渗透膜的常规制备方法一般是通过在无纺布材料表面涂布多孔性聚砜支撑层，在多孔性聚砜支撑层表面通过界面缩聚反应生成聚酰胺层。这种反渗透膜在支撑层表面上合成聚酰胺层时，由于聚砜支撑层的孔径里充满了含有多元胺的水相溶液，当这个支撑层浸入到含有多元酰氯的有机油相溶液时，其孔径里的水相溶液像火山喷发一样向有机油相溶液中扩散，这种快速的扩算作用导致合成的聚酰胺层粗糙度很高，厚度很大；粗糙度高使所得反渗透膜易污染，厚度大使所得反渗透膜的水通量降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于竖直生长的碳纳米管阵列的反渗透膜及其制备方法，解决了现有技术中的聚酰胺反渗透膜粗糙度高和厚度大而导致其易污染和水通量低的问题。

本发明的一种基于竖直生长的碳纳米管阵列的反渗透膜，其技术方案是这样实现的：包括支撑层，所述支撑层为竖直生长的碳纳米管阵列层；所述碳纳米管阵列层的顶部原位生长有聚酰胺层，所述聚酰胺层是含有多元胺的水相溶液与含有多元酰氯的有机油相溶液通过界面聚合反应而成。

本发明中碳纳米管阵列层与聚酰胺层结合紧密，两者之间通过原位生长的方式连接，合成的聚酰胺层更薄更光滑，提高了反渗透膜的耐污染程度，水分子进入聚酰胺层以后可以通过非常小的有效路径直接进入碳纳米管阵列层的通水通道；由于碳纳米管表面的超疏水性，水分子在碳纳米管的内部或外部壁面无摩擦的快速通过，由于碳纳米管阵列层是竖直排列设置的，水分子会以最短的距离通过碳纳米管阵列层，碳纳米管阵列层拥有15000-30000L/m²/h/bar的水通量，反渗透膜的水通量得到了大幅度提高。

作为一种优选的实施方案，所述水相溶液包括以下重量百分含量的原料：间苯二胺0.1-6.0％、三乙胺0.1-6.0％、樟脑磺酸1.0-10％、二甲亚砜0.1-5.0％和水余量；所述有机油相溶液是均苯三甲酰氯溶解于己烷中形成的有机油相溶液或者均苯三甲酰氯溶解于异构石蜡中形成的有机油相溶液，所述均苯三甲酰氯在所述有机油相溶液中的重量百分比浓度为0.01-1.00％。本发明的水相溶液配方简单，易于配制，渗透性强，由于毛细管力作用，碳纳米管之间的空隙中会充满该水相溶液；本发明的有机油相溶液由两种成分组成，取材容易，该有机油相溶液可以很好地与碳纳米管阵列层内的水相溶液在其表面接触的地方发生界面中和反应形成聚酰胺层。