[发明专利]基于热重排聚(苯并恶唑-酰亚胺)共聚物的超薄型复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于热重排聚(苯并恶唑‑酰亚胺)共聚物的超薄型复合膜及其制备方法，其涉及一种由热重排聚(苯并恶唑‑酰亚胺)共聚物形成的多孔支撑体并制备上述多孔支撑体上包括薄膜的活性层的复合膜，并且将复合膜应用于压力延迟渗透、正渗透或有机溶剂纳米过滤工艺的技术。根据本发明制备的超薄型复合膜具有优异的热稳定性、化学稳定性及机械性能，因此可以承受高操作压力，而且还能使内部浓度极化最小化，从而能够获得高透水率及由此带来的高功率密度，因此可以应用于压力延迟渗透或正渗透工艺中。并且，上述超薄型复合膜不仅具有对有机溶剂的化学稳定性及热稳定性优异，而且具有卓越的有机溶剂纳米过滤性能，尤其在高温的有机溶剂的条件下也能稳定地保持纳米过滤性能，因此还可以用作有机溶剂纳米过滤膜。

技术领域

本发明涉及一种基于热重排(thermally rearranged)聚(苯并恶唑-酰亚胺)共聚物的超薄型复合膜及其制备方法，更详细地涉及一种由热重排聚(苯并恶唑-酰亚胺)共聚物形成多孔支撑体(porous support)并制备上述多孔支撑体上包括薄膜的活性层的复合膜，并且将复合膜应用于压力延迟渗透(pressure retarded osmosis)、正渗透或有机溶剂纳米过滤工艺的技术。

背景技术

近年来，利用海水渗透压产生能量的盐度差发电备受人们的关注，尤其是，对压力延迟渗透工艺(pressure retarded osmosis process)积极地进行了研究。压力延迟渗透工艺是一种发电方式，其使用具有盐度差的两种溶液的渗透压差作为驱动力，通过分离膜向渗透现象的反方向施加小于渗透压的压力，从而延迟朝向渗透方向的水的流动，使得透过分离膜的水驱动涡轮机(turbine)而产生电力。

主要使用平板膜或中空纤维膜作为上述压力延迟渗透工艺用分离膜。通常，大部分具有超薄型复合膜(thin-film composite membrane)的形态，上述超薄型复合膜具有：聚砜(PS)类或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)类的、厚度为100～200μm的多孔支撑体；以及聚酰胺(PA)类的、厚度为～100nm的薄膜活性层(专利文献1)。

然而，在常规压力延迟渗透工艺用分离膜的情况下，当水通过膜渗透时，流入溶液的盐被具有选择性渗透性的活性层阻挡而积累在支撑体内部，从而出现活性层与支撑体界面的盐分浓度增加的现象，即发生内部浓度极化。由此，作为水透过的驱动力的浓度差减小，最终导致水透过度降低而功率密度降低。据认为，造成上述问题的最大原因是支撑体的厚度大到100～200μm而引起的。并且，用于压力延迟渗透工艺的分离膜需要承受高操作压力，因此应当具有优异的机械性能，如热稳定性和化学稳定性。

另一方面，化学工业和制药工业所需的分离工艺包括蒸馏、结晶、吸附及提取等工艺，并且在实施上述工艺时基本上使用有机溶剂，因此，对有机溶剂分离膜的需求不断增加。然而，迄今为止开发或商业化的大部分的分离膜均被制备成用于水处理或气体分离，所以这些分离膜在暴露于各种有机溶剂的环境中维持稳定的化学结构是有限的。因此，尽管存在对有机溶剂分离膜的工业需求并且其规模不小，但是目前为止，对有机溶剂分离膜的开发不是很多。

只不过，作为有机溶剂纳米过滤膜，已知有：在聚酰亚胺支撑体上形成有聚酰胺薄膜层的复合膜、由四胺(tetramine)和二羧酸(dicarboxylic acid)聚合的聚苯并咪唑(polybenzimidazole)膜以及聚醚醚酮(polyetheretherketone)膜。尤其，在有机溶剂纳米过滤膜的情况下，虽然孔径的大小是重要的，但溶剂或溶质与分离膜的相互作用也会影响分离膜的性能，因此，迫切需要开发对有机溶剂具有优异稳定性的材料。并且，尽管现有的被制备成非对称膜形态的聚酰亚胺、交联的聚苯并咪唑、聚醚醚酮膜等对有机溶剂是稳定的，但通过这些膜，大多情况下很难获得优异的渗透性，所以在有限的有机溶剂及温度范围内使用这些膜。因此需要各种类型的分离膜材质、形状以及所改进的分离性能(专利文献2及3)。