[发明专利]具有低体积密度聚酰胺反渗透膜的制备方法

说明书

本发明涉及具有低体积密度聚酰胺反渗透膜的制备方法，包括以下步骤：⑴用去离子水清洗聚砜超滤基膜；⑵用有机胺水溶液涂覆于聚砜超滤基膜，静置，之后除去基膜上水相；再用酰氯有机溶液涂覆，30～120s，除去多余油相；烘干2min，得到聚酰胺膜；⑶将制备的聚酰胺膜浸泡于酸性树枝状大分子溶液中，静置，除去多余溶液，再将其浸于酸性亚硝酸钠溶液中，静置，除去多余溶液；⑷再将聚酰胺膜浸于多酚溶液中，静置，除去多余溶液，即得具有降低体积密度的聚酰胺反渗透膜。

技术领域

本发明属于膜处理技术领域，特别涉及一种用以提升反渗透膜水通量的低体积密度聚酰胺反渗透膜的制备方法。

背景技术

反渗透(RO)具有能源效率和技术成熟的特点，已成为海水淡化、微咸水处理、饮用水回用的首选方法。通常，商用反渗透膜是由无纺布、超滤多孔支撑和聚酰胺(PA)致密层组成的三层结构。具有主要分离和浓缩功能的致密聚酰胺纳米膜是由间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)在具有海绵状结构的超滤支撑物上的界面聚合(IP)反应制备的。

致密的聚酰胺纳米膜表现出“脊谷”结构，内部粗糙结构的突起通常含有纳米空隙。这种纳米空隙可以显著提升每个可用分离层面积的水渗透路径和效率。已经证实，当聚酰胺膜的渗透率增加3倍时，海水反渗透膜的压力容器数量(SWRO)和苦咸水反渗透膜(BWRO)可分别降低44％和63％，相应的能耗也分别降低15％和46％(Energ.Environ.Sci.2014,7,1134.)。另一方面，由于在膜形成过程中有界面脱气现象，致密的聚酰胺层具有形成纳米级缺陷的固有趋势。这些缺陷对水和溶质没有实现良好的选择性(Nat.Rev.Mater.2016,1,16018)。因此，如何创新聚酰胺纳米膜的结构和形态，修复缺陷以提高反渗透膜的渗透性和选择性，是一个关键问题。

透水性和水-NaCl选择性主要与聚酰胺致密层的形态特征有关，如PA纳米膜厚度(ACSNano2015,9,345)、表面粗糙度(Science2015,348,1347；Science2018,361,682；J.Membr.Sci.2017,541)、亲水性和孔隙率ACSNano2021,15,7522；Sep.Purif.Technol.2019,220,162；Science2018,360,518；J.Membr.Sci.2016,500,124)等。调整单体配方(Adv.Funct.Mater21,31,2007054)、化学结构(Nat.Sustain.2021,4,138；Adv.Mater..202020,32,2001132)、制造工艺(Adv.Mater.2015,27,2791；J.Mater.Chem.A2020,8,5275)、以及添加添加剂(J.Membr.Sci.2020,595,117518)和后处理(Desalination2020,495,114655)是常用的方法。为了更好地控制厚度和粗糙度，使用3D打印方法将单体沉积为纳米级液滴，并在基板上形成光滑的聚酰胺纳米膜(Science2018,361,682)。在添加剂方面，人工水道(AWCs)被用作仿生纳米粒子，以克服传统海水淡化膜的性能(Nat.Nanotechnol.2021,16,190；Chem.-Eur.J.2021,27,2224；Proc.Natl.Acad.Sci.2021,118,e2022200118)。此外，其他添加剂，如空隙调整剂(J.Membr.Sci.2020,595,117518)，微孔聚合物(Proc.Natl.Acad.Sci.2021,118,2022197118)，盐(Proc.Natl.Acad.Sci.2021,118,e2019891118)，共价有机骨架，COF(Adv.Mater.2021,n/a,2104404.)，沸石(J.Membr.Sci.2015,476,373)，或金属有机骨架，MOF(Adv.Mater.2021,33,2102292；Nat.Commun.2018,9,2004；ACSNano2018,12,9253)，碳基纳米材料(J.Membr.Sci.2019,581,123；ACSN ano2015,9,7488)，二氧化硅(J.Membr.Sci.2019,581,168)，银纳米粒子(Environ.Sci.Technol.2019,53,5301；J.Membr.Sci.2019,570-571,23)等，也用于增强透水性。此外，还采用包括表面涂层和化学改性在内的后处理工艺来实现一种或多种结果：增加水渗透性和溶质排斥(Angew.Chem.,Int.Ed.2017,56,4662)。