[发明专利]复合膜及其制备方法

说明书

整体上讲，本发明涉及一种用在过滤中的复合膜。本发明还涉及一种制备复合膜的方法，以及使用如所本文公开的复合膜的过滤方法。所述制备复合膜的方法包括：使全氟化聚合物溶液与聚合物层的表面接触；和，在小于20％的相对湿度下，对所述全氟化聚合物溶液进行干燥以形成物理吸附在所述聚合物层的所述表面上的全氟化聚合物层。

技术领域

整体上讲，本发明涉及一种用在过滤中的复合膜。本发明还涉及一种制备复合膜的方法，以及一种使用如本文公开的复合膜的过滤方法。

背景技术

在2016/2017年，食用油的全球产量为约182百万吨。这些油目前主要通过溶剂提取工艺来生产，该工艺使用大量溶剂(诸如正己烷)来提取油。然后通过能源密集型热工艺回收这些溶剂。这因为浪费高且方法昂贵而并不理想。

有机溶剂纳滤(OSN)因其简单性和能源效率已作为许多工业中有前途的液体分离方法出现。OSN已经被应用于在化学、制药和植物油工业中从有机溶剂中分离分子量(MW)为200至1000g/mol的化合物。OSN方法的核心为能够从有机溶剂分离化合物并且在溶剂中保持稳定的耐溶剂纳滤膜。

目前，聚合物OSN膜主要由聚酰亚胺或交联聚酰亚胺、交联聚苯并咪唑、交联硅，和聚(醚醚酮)(PEEK)制成。大多数膜需要交联改性，以在苛刻的溶剂中化学稳定。此外，还需要进一步用孔隙保护剂(诸如聚乙二醇)浸渍它们，以保持它们的孔隙结构。一旦除去孔隙保护剂，则必须将膜保持在湿润状态以防止它们产生裂纹。在前面提到的OSN膜中，PEEK膜不需要进行交联和经受孔隙保护。然而，在膜制备期间，PEEK只能溶解在非常苛刻的溶剂(诸如甲基磺酸和硫酸)中，因而难以大规模制备。

由于需要处理大量的废弃物，使用多种化学品来保护孔隙和交联(通常是苛刻的)来制备膜也使大规模制备变得昂贵。

正如所述，另一个挑战为膜与预期的液体分离过程的相容性。膜需要足够稳固，以经受重复使用而不退化或分层。这也是为什么目前的研究方向倾向于交联改性，因为这种改性使膜变得适当地稳固。然而，交联方法耗时且为昂贵的步骤。

需要克服或改善上述问题中的至少一个，或至少要提供有用的替代方案。

发明内容

本发明基于以下发现：水(在膜表面上或环境中)会严重影响复合膜的形成。具体地，发现微小量的水(和/或水蒸气)会极大地影响所得复合膜的性质。在这方面，发明人已经发现，在制备期间通过至少控制相对湿度(RH)，可以制备出期待的复合膜。相应地，可以形成没有缺陷或缺陷量少的复合膜。还可以控制聚合物溶液的涂覆浓度以进一步调节复合膜的质量(渗透率和/或保留率)。这样的膜能够在不使用交联剂和/或孔隙保护剂的情况下进行有机溶剂分离过程。与现有技术相比，这种简化的方法有利于制备用于有机溶剂纳滤的复合膜。

本发明涉及一种制备复合膜的方法，包括：

a)使全氟化聚合物溶液与聚合物层的表面接触；和

b))对全氟化聚合物溶液进行干燥以形成物理吸附在聚合物层的表面上的全氟化聚合物层；

其中，全氟化聚合物溶液包括全氟化聚合物以及C₅-C₁₈全氟化溶剂；并且

其中，在小于20％的相对湿度下干燥全氟化聚合物溶液。

有利的是，当相对湿度小于20％时，全氟化聚合物层的孔隙率被最小化，使得复合膜具有良好的截留率，同时具有可接受的渗透率(permeance)。此外，全氟化聚合物层不会与聚合物层分层。

在一些实施方式中，聚合物层选自聚烯烃、聚酯醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、聚丙烯腈(PAN)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺，以及它们的共聚物。在一些实施方式中，聚合物层选自聚烯烃、聚酯醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、聚丙烯腈(PAN)，以及它们的共聚物。