[发明专利]用于膜蒸馏的复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于膜蒸馏的复合膜及其制备方法，制备方法包括：提供第一多孔聚合物层；将第二聚合物溶解在第二溶剂中，得到第二聚合物溶液；将第二聚合物溶液形成于第一多孔聚合物层上，得到第二涂层，将多孔图案模具设置于第二涂层上，将第二涂层置于气相萃取剂中；继续将第二涂层置于第二液相萃取剂中，静置，去除多孔图案模具，继续静置，直至第二液相萃取剂将第二溶剂从第二涂层中完全萃取出来，固化第二聚合物，形成第二多孔聚合物层，得到复合膜。本发明通过选用多孔图案模具，同时联合应用气相致相分离和非溶剂致相分离两种工艺制备双层复合膜，第一层膜用于保证基本分离效果，第二层膜用于形成表面图案，增强疏水性，提高抗污染能力。

技术领域

本发明涉及膜蒸馏技术领域，更具体地，涉及一种用于膜蒸馏的复合膜及其制备方法。

背景技术

膜蒸馏(MD)技术由于其对高盐度料液的耐受性，近年来被广泛推广用于具有挑战性的高盐度废水的脱盐以及海水淡化技术中。MD使用多孔疏水膜作为液体进料相和气相(填充间隙的空气)之间的界面，以诱导水蒸发。膜的疏水性使得蒸汽可以通过其孔，但液体料液不可通过。

优异的MD膜需要具有某些特性，包括高疏水性、可控孔径、窄孔分布以及高抗污染和抗结垢性。膜的结垢问题是MD面临的主要挑战。结垢会导致膜孔堵塞，从而减少有效蒸汽传输面积，最终降低渗透通量，也会导致更高的膜压降和温差极化现象。Gryta(M.Gryta，Long-term performance of membrane distillation process，J.Membr.Sci.265(2005)153-159， http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2005.04.049.)还指出，在膜表面形成的结垢沉积物还会导致MD过程中出现部分膜润湿，造成污染物截留率的降低。此外，污垢层还会产生额外的热阻，改变总传热系数，增加能量消耗。因此，研究开发一种新型抗结垢、抗污染的MD膜具有较大的科研及应用价值。

一般认为，通过在膜表面形成波纹或其他图案以构筑高粗糙度的表面，可以提高膜的抗污染、抗润湿能力，其主要通过两种机理实现：(1)它们增加了膜有效表面积，从而使得局部通量减少，减少结垢；(2)它们在膜表面促进湍流，增加剪切速率，可使污垢更难附着在膜表面。

很多研究曾尝试通过多种手段在膜表面形成波纹或其他图案。Maruf等人(S.H.Maruf，A.R.Greenberg，J.Pellegrino，YDing，Fabrication and characterizationof a surface-patterned thin film composite membrane，J.Membr.Sci. 452(2014)11-19，http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2013.10.017.)成功通过纳米压印光刻技术，在商业聚砜超滤膜表面压印了亚微米级别的图案形貌，在胶体二氧化硅颗粒悬浮液的过滤过程中，这些图案显著提高了膜的抗污染性能。但是，纳米压印光刻技术操作复杂，成本高，难以实现大规模工业化生产。

Peters等(A.Peters，Micro-patterned interfaces affecting transportthrough and along membranes，2008http://doc.utwente.nl/60339/.)利用硅橡胶作为图案模具在硅橡胶上方形成气体分离膜，但是，硅橡胶模具没有镂空，导致与硅橡胶模具紧挨的图案化的表面易形成不希望的致密层。

另，上述MD膜均为单层涂覆，其表面的图案化处理易于造成膜表面不同位置的孔结构差异，若有大孔缺陷存在，在精密分离需求中，容易造成性能下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于膜蒸馏的复合膜及其制备方法，通过选用多孔图案模具，同时联合应用气相致相分离和非溶剂致相分离两种工艺制备双层复合膜，第一层用作分离膜，用于控制孔结构，保证基本分离效果，而第二层膜专门用于形成表面波纹等图案和增强疏水性，提高其抗污染能力。