[发明专利]一种以减小聚酰胺层本征厚度的高渗透性复合反渗透膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种以减小聚酰胺层本征厚度的高渗透性复合反渗透膜的制备方法，所述复合反渗透膜是通过水相溶液中胺单体与油相溶液中酰氯单体界面聚合在聚砜超滤膜上面复合而成。其中所述水相溶液中，胺单体的添加浓度为0.25~5wt%，有机弱酸的添加浓度为3~5wt%，并加入有机碱调节其pH至9~11；所述油相溶液中的酰氯单体质量浓度是水相溶液中胺单体质量浓度的1/40~1/30。本发明通过调控水相溶液中胺单体浓度、油相溶液中酰氯单体浓度，减小分离层本征厚度、提高膜表面的粗糙度等优化聚酰胺层微纳结构从而提高膜的渗透性。

技术领域

本发明涉及一种以减小聚酰胺层本征厚度的高渗透性复合反渗透膜的制备方法。

背景技术

地球上的水资源极为丰富，全球有大约75%的面积覆盖着水，但是这些水大部分为海水，并且其在所有水资源中占比为96.5%。据研究调查发现海水中大约含有92种化学元素，其中11种（氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、锶、硼、碳、氟）占海水溶解物质总量的99.8%，其它含量甚微；有些金属元素如：钾、钠虽是人体内的必需品，但海水中这些高浓度的金属及非金属元素一旦进入人体内便会加大诸如肾脏等器官的代谢，加重身体器官的负担。设法能把高浓度的海水淡化成低浓度的淡水资源，那么这些广阔的淡水资源就能为人类所利用。

在这样的情形下，反渗透技术应运而生。早在1953年，美国弗罗里达州的C. E.Reid教授提出了该设想，利用相转化成膜技术制备出了对称式的醋酸纤维素膜，首次实现了海水淡化过程，虽然其对氯化钠盐有99%以上的截留率，但是其水渗透系数仅为0.00012m³/（m²·d·atm），这大大地阻碍了该膜商业化应用。随后, 印度裔科学家索里拉金（Srinivasa Sourirajan）和美国科学家洛布（Sidney Loeb）开发了非对称式的醋酸纤维素膜，并通过优化一系列的相转化工艺参数，所制备的膜盐截留率也能够达到99%，此外其渗透性大大地提高了，达到惊人的0.0048 m³/（m²·d·atm），这就是著名的沉浸凝胶相转化法（L-S法）。L-S膜的诞生又给反渗透技术的工业应用带来了曙光。但要实现其商业化应用，显然还需要解决一个至关重要的工程问题，那就是膜组件的设计。他们当时所制备出来的膜有板式和管式两种，它们都存在装配复杂、单位体积内装填的膜面积小等缺陷，因此最终没能发展为商业反渗透膜组件的主流形式。这就促使了反渗透膜发展的另外一道曙光照进膜技术在脱盐水处理领域的应用-薄膜复合膜（Thin film composite）。

1977年，卡多特（John E. Cadotte）与其他3人一起成立了FilmTec公司。到1979年，他申请了世界上第一个界面聚合法制备反渗透膜的专利（US4277344）。界面聚合法使得反渗透膜的支撑层和分离层在制备过程中可以分别加以优化，从而进一步提升了膜的性能，这就是所谓的薄层复合膜（TFC）。1985年，陶氏化学在放弃中空纤维反渗透膜后，全资收购了FilmTec公司。这就是大名鼎鼎的陶氏膜的由来。时至今日，陶氏反渗透膜产品依然沿用了FilmTec商标。2017年，曾经在中空纤维反渗透膜上惺惺相惜的陶氏化学与杜邦公司实现了合并。从界面聚合法诞生之初，大部分实验探索都是围绕着对分离层及支承层物理化学结构优化展开，期间涌现出了如日本东丽（Toray）、美国海德能（ Hydranautics）和陶氏化学（Dow Chemical）以及韩国LG Chemical等知名企业。界面聚合也成为现代商业化反渗透膜的标准制备工艺。由于反渗透膜分离层聚酰胺整体厚度在10-300 nm之间，远小于对称式及非对称式的醋酸纤维素膜，此外聚酰胺分子间的聚集孔小于水和氯化钠的分子直径，膜层有着较好的致密性，这样在提高膜渗透性的同时也能满足其对小分子物质的筛选。