[发明专利]一种高通量混合基质反渗透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量混合基质反渗透膜的制备方法，所述制备方法为：以聚砜超滤膜作为基膜，以间苯二胺为水相单体，以均苯三甲酰氯为油相单体，以氨基化氧化石墨烯为油相添加剂，以正己烷为油相溶剂，采用界面聚合法制备得到混合基质反渗透膜。本发明以氨基化氧化石墨烯作为油相添加剂，成功解决了氧化石墨烯在油相中的分散问题，制备得到的混合基质反渗透膜具有高通量和高盐截留率，亲水性还有一定提升。

(一)技术领域

本发明涉及一种混合基质反渗透膜的制备方法。

(二)背景技术

缺水问题推动了全球对可持续淡水资源持续需求，这促使了反渗透(RO)脱盐技术引起 了越来越多的兴趣。RO技术是一种节能高效的物质分离技术，其原理是在某一渗透压力下， 利用反渗透膜的选择透过特性，以逆浓度梯度的方式将溶液中溶剂与溶质或者悬浮颗粒物、 微生物等分离开来，可实现废水的循环利用、海水淡化和对有用物质的回收，与常规技术相 比，具有操作简单，水通量高，能耗低和化学需求少等优点。RO技术于20世纪60年代开始 经历了50年的高速发展，从醋酸纤维素膜、芳香族聚酰胺膜到混合基质膜。通常，薄层复合 反渗透(TFC)膜由聚酰胺(PA)薄表层组成，用以控制膜的选择性和渗透性能，以及支撑 聚砜(PSF)基底和负责的织物层为膜的坚固的机械性能。通量、截留率、耐污染性以及稳 定性是衡量膜性能的几个主要的指标。其中芳香族聚酰胺膜具有截留率高、通量大、应用pH 范围宽(4～11)、化学稳定性优良、操作压力要求低、耐生物降解等优点，但存在的主要问 题是其亲水性和耐氯性都较差，因此在使用之前对其进行改性。

对于反渗透膜的改性，可分为化学改性、物理改性、引入纳米粒子、无机分子筛和其他 新型反渗透材料。其中，石墨烯就是其中的一种，国内外众多研究证明，将石墨烯添加到反 渗透膜中制备的混合基质(TFN)膜，可有效改善通量、截留率、耐氯性等膜性能。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种衍生物，与石墨烯相似，具有二维平面结构，在二维 平面结构表面含有大量羧基、羟基等含氧官能团，这些基团的存在使石墨烯表面呈电负性， 氧化石墨烯片层之间的静电斥力使GO可以均匀的分散在水溶液中。但在乙二醇、正己烷等 有机溶剂中分散量则十分有限并且极易发生团聚。由于界面聚合过程涉及到水相和油相两相， 所以存在两种不同的掺杂的方式，且都有其明显缺点。GO是亲水物质，看起来将GO添加到 水相中更为合适，但由于界面聚合过程是先加入水相且时间短，所以可能导致混合基质中GO 含量过低；如将GO添加进油相中理论上可增加混合基质中GO的量，但GO在油相中易团 聚，这就需要对氧化石墨烯进行功能化改性，其目的是使氧化石墨烯能够均匀地分散在有机 溶剂中。

本申请中，作者通过在界面聚合前的有机相中掺杂适量经过氨基化改性的氧化石墨烯， 成功制备出高通量的TFN膜。

(三)发明内容

本发明的目的旨在解决氧化石墨烯在油相的分散问题、提供一种高通量、高盐截留率的 混合基质反渗透膜的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合基质反渗透膜的制备方法，所述制备方法为：

以聚砜超滤膜作为基膜，以间苯二胺(MPD)为水相单体，以均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体，以氨基化氧化石墨烯为油相添加剂，以正己烷为油相溶剂，采用界面聚合法制备得到混合基质反渗透膜。

本发明所述混合基质反渗透膜的制备方法，使用氨基化的氧化石墨烯作为油相添加剂， 借助于石墨烯表面的氨基(包括伯胺和仲胺)与TMC中的COCl-之间的聚合反应生成酰胺键， 反应结束后，片状的石墨烯表面就被接上了错综复杂的TMC结构，这可以有效阻碍油相中 GO之间的团聚倾向。并且，本发明以氨基化的氧化石墨烯作为油相添加剂制备得到的混合 基质反渗透膜具有高通量和高盐截留率，亲水性还有一定提升。

作为优选，油相中，均苯三甲酰氯(TMC)与氨基化氧化石墨烯的比例以各自所含的酰 氯基团与氨基的摩尔比计为1：1/3-1，最优选1：1/2。