[发明专利]一种两性复合正渗透膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种两性复合正渗透膜，其采用的多孔支撑膜为超亲水聚偏氟乙烯膜；多孔支撑膜上形成有聚酰胺层，聚酰胺层上形成有两性离子层。本发明中，两性离子层为胺基基团通过两性离子化反应形成，协同水蒸汽诱导相分离制备的聚偏氟乙烯膜的超亲水特性、儿茶酚衍生物修饰的氧化石墨烯的纳米水通道、两性离子化皮层的强水合作用和荷电性，在保持低的返混盐通量的同时，大幅度提高复合正渗透膜的水通量。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种两性复合正渗透膜及其制备方法和应用。

背景技术

正渗透膜法海水淡化技术是近年来兴起的解决水资源问题的前瞻性技术。正渗透是指水从低渗透压溶液的一端，通过选择性半透膜，转移到高渗透压溶液的一端，而溶质或离子被截留的过程，正渗透是自发渗透过程，不需要外加压力驱动，能够筛除水体中无机盐、重金属和微生物等有害物质。

常见的正渗透膜是由下层的多孔支撑膜和上层的通过界面聚合反应在基底上形成的超薄聚酰胺皮层组成的复合膜。例如，CN 104001434 A中公开了一种正渗透膜，支撑层为筛网，皮层为在筛网上复合的聚酰胺层。其制备方法如下：1)配制水相溶液和油相溶液；其中水相溶液中的溶质为含有胺基的小分子化合物和/或含胺基的长链大分子；油相溶液的溶质为含酰氯的小分子物质，溶剂为正己烷、异构烷烃溶剂；2)用溶液清洗筛网，然后将筛网在低温下烘干备用；3)将步骤2)处理后的筛网置于水相上表面，然后缓慢在水相上表面均匀加入油相，静置反应，待反应完成后将产品取出浸入去离子水中完成制备。

一般认为，下层的支撑膜为复合膜提供机械强度，上层的皮层直接决定了正渗透膜的分离性能。近期的研究结果证明，支撑膜的孔径、孔隙率和亲水性对于正渗透膜的渗透性能具有重大影响。传统的支撑膜是由非溶剂(水)诱导相分离法制备的聚砜和聚醚砜超滤膜，膜表面光滑、致密、比表面积小，开孔率低、孔径分布宽；水接触角往往大于80°，不利于界面聚合过程中水相单体在膜表面的扩散，易导致聚酰胺层不均匀、缺陷多。这样的支撑膜往往会造成复合正渗透膜的通量低，汲取液扩散速度慢导致浓差极化严重。

因此，有必要研发一种新的具有较高的水渗透通量、较低的返混盐通量(高截盐率)的正渗透膜。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种两性复合正渗透膜，采用水蒸汽诱导相分离的方法制备孔隙率大、开孔率高、表面修饰有儿茶酚衍生物修饰的氧化石墨烯的超亲水聚偏氟乙烯支撑膜，进一步在此支持膜上通过界面聚合合成聚酰胺层，并在聚酰胺层上通过两性离子化反应获得两性离子层。基于聚偏氟乙烯支撑膜提供的高孔隙率、氧化石墨烯提供的超快水传递纳米水通道和两性离子层提供的强水合层的协同作用，合成的两性正渗透复合膜具有高的水渗透通量和低的返混盐通量，还有耐污染性。

本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的两性复合正渗透膜的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种两性复合正渗透膜的应用。

为实现上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：

一种两性复合正渗透膜，其包括：

多孔支撑膜，所述多孔支撑膜为超亲水聚偏氟乙烯膜；

形成在所述多孔支撑膜上的聚酰胺层；以及

通过两性离子化试剂与所述聚酰胺层的胺基基团反应而形成在所述聚酰胺层上的两性离子层。

在本发明的一些优选实施方式中，

所述多孔支撑膜为儿茶酚衍生物修饰的氧化石墨烯改性的超亲水聚偏氟乙烯膜，优选为通过水蒸汽诱导相分离膜法制备的儿茶酚衍生物修饰的氧化石墨烯改性的超亲水聚偏氟乙烯膜。

在本发明的一些优选实施方式中，所述两性离子化试剂选自1,3-丙磺酸内酯、3-溴丙酸、4-溴丁酸、5-溴戊酸和7-溴庚酸中的至少一种。