三维熔融沉积聚酰胺正渗透膜、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种三维熔融沉积聚酰胺正渗透膜、制备方法及其应用。根据本发明专利技术的实施例，该正渗透膜包括：支撑层，以及正渗透皮层膜，所述正渗透皮层膜形成在所述支撑层的表面上，所述支撑层是由聚砜形成，并且所述支撑层具有交联层，以及所述正渗透皮层膜是由聚酰胺通过3D打印形成的。由此，可以由聚砜为所述正渗透膜提供良好的支撑，并且通过采用3D打印技术，在所述的支撑层表面形成厚度均匀、具有可控的三维多层网状结构的正渗透皮层膜，进而能够提高所述正渗透膜的孔隙率，降低浓差极化对正渗透膜分离性能的影响从而达到较高水通量以及较高截留率，从而提高所述正渗透膜的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，具体而言，本专利技术涉及三维熔融沉积聚酰胺正渗透膜、制备 方法及其应用。更具体的，本专利技术涉及一种制备正渗透膜的方法、一种正渗透膜、以及该渗 透膜在污水处理或海水淡化中的用途。
技术介绍
水资源短缺是目前我国乃至世界范围内面临的重要问题。向海水、污水辟源是 解决水资源短缺的重要手段。渗透膜分离技术在水处理领域具有重要的地位。目前主要 应用的有纳滤膜（Nanoflitration, NF)、反渗透膜（Reverse Osmosis，R0)、以及正渗透膜 (Forward osmosis, F0)等。其中，正渗透膜（又称FO膜），因其利用渗透原理，无需外加压 力，具有高回收率、膜污染低、废水排放少等优点而在水处理领域具有广泛的应用。 然而，目前的正渗透膜及其制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。 本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的： 目前的正渗透膜存在比较严重的浓差极化现象，严重影响了正渗透膜的水通量， 进而影响了正渗透膜在水处理领域中的应用。专利技术人经过深入的研究发现，这是由于正渗 透膜的厚度、厚度的均匀度以及表面粗糙度不能得到很好的控制。 有鉴于此，在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种制备正渗透膜的方法。根据本 专利技术的实施例，该方法包括：（1)在支撑层的表面形成交联层；（2)采用聚酰胺、光交联剂、 光引发剂以及抗氧化剂，通过3D打印，在所述交联层的表面形成正渗透皮层膜，以便获得 支撑层-正渗透皮层膜复合体；以及（3)将所述支撑层-正渗透皮层膜复合体依次进行热 处理和紫外光照射，以便获得所述正渗透膜。专利技术人发现，利用3D打印技术，能够在步骤 (1)中的支撑层表面形成厚度均匀、具有可控的三维多层网状结构的正渗透皮层膜，进而能 够提高所述正渗透膜的孔隙率，降低浓差极化对正渗透膜分离性能的影响。并且，通过步骤 (3)中的加热和紫外光处理，能够通过实现皮层膜分子的交联，达到提高化学稳定性、保持 膜表面亲水化程度的目的，进而能够保持正渗透膜在长时间内保持高水通量的运行，进而 提高正渗透膜的性能。根据本专利技术的实施例，利用本专利技术的制备正渗透膜的方法所得到的 正渗透膜可以具有5~8微米的厚度，同时在厚度水平上具有不超过5%的厚度偏差。 根据本专利技术的实施例，所述正渗透膜进一步具有以下附加技术特征： 根据本专利技术的实施例，所述支撑层是由聚砜形成的，任选地，所述支撑层是预先进 行干燥处理的，任选地，所述干燥处理是在90摄氏度下进行2小时。由此，可以由聚砜为所 述正渗透膜提供良好的支撑，并且通过热处理提高所述支撑层的性能，并提高后续步骤的 处理效果。 根据本专利技术的实施例，所述交联层是由均苯三甲酰氯形成的，任选地，所述交联层 是通过将所述支撑层浸入到0. 5重量％均苯三甲酰氯的正己烷溶液中20秒而形成的。由 此，可以通过均苯三甲酰氯为所述支撑层提供良好的交联层，防止由于支撑层孔隙过大而 影响利用根据本专利技术实施例制备的正渗透膜的使用效果。 根据本专利技术的实施例，所述光交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯，所述光引发剂为二 苯甲酮和安息香双甲醚，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010,并且所述聚酰胺、所述三烯丙基 异氰脲酸酯、所述二苯甲酮、所述安息香双甲醚以及所述抗氧化剂的质量比为（85~95): (2~6) : (1~5) : (0. 1~2) : (0. 1~1)。由此，将所述材料充分混合，以作为后续3D打 印步骤的原料。并且可以通过调节所述联剂、光引发剂以及抗氧化剂的比例，达到更好的光 交联效果，进而得到具有良好的化学稳定性以及亲水化程度的正渗透膜。 根据本专利技术的实施例，在步骤（3)中，在进行所述热处理之前和之后，分别采用二 次蒸馏水进行清洗，并且所述热处理是在90摄氏度下进行的。由此，可以通过加热进一步 提高根据本专利技术实施例的方法制备的正渗透膜的稳定性，并且可以通过采用二次蒸馏水清 洗来除去上述步骤中残留的杂质。由此，可以进一步提高后续步骤的处理效果，并且提高利 用根据本专利技术实施例制备的正渗透膜的性能。 根据本专利技术的实施例，在步骤（3)中，所述紫外处理采用F300/F300SQ型微波激发 紫外灯，功率密度120W/cm 2,主波长365nm，紫外灯管距样品表面7cm。由此，可以通过紫外 光处理，引发所述支撑层-正渗透皮层膜复合体发生交联反应，适度提高所述聚酰胺皮层 膜的化学稳定性和致密性，进而提高正渗透膜对盐离子的截留率，进一步提高利用根据本 专利技术实施例制备的正渗透膜的性能。 根据本专利技术的实施例，所述正渗透皮层膜的厚度为5~8微米。由此，可以通过设 置3D打印步骤中的相关参数，例如，打印精度、打印所述聚酰胺层的厚度、形状等参数，实 现对所述正渗透膜厚度的控制。并且，当所述正渗透膜的厚度为5~8微米时，能够达到降 低浓差极化，提高所述正渗透膜的水通量的效果，进而提高利用根据本专利技术实施例制备的 正渗透膜的性能。 在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种正渗透膜。根据本专利技术的实施例，所述的 正渗透膜，其是通过根据本专利技术上面所述的制备正渗透膜的方法所得到的。如前所述，专利技术 人发现，利用3D打印技术，能够在步骤（1)中的支撑层表面形成厚度均匀、具有可控的三维 多层网状结构的正渗透皮层膜，进而能够提高所述正渗透膜的孔隙率，降低浓差极化对正 渗透膜分离性能的影响。并且，通过步骤（3)中的加热和紫外光处理，能够通过实现皮层膜 分子的交联，达到提高化学稳定性、保持膜表面亲水化程度的目的，进而能够保持正渗透膜 在长时间内保持高水通量的运行，进而提高正渗透膜的性能。根据本专利技术的实施例，利用本 专利技术的制备正渗透膜的方法所得到的正渗透膜可以具有5~8微米的厚度，同时在厚度水 平上具有不超过5 %的厚度偏差。 在本专利技术的第三方面，本专利技术提出了一种正渗透膜。根据本专利技术自的实施例，所 述正渗透膜包括：支撑层，以及正渗透皮层膜，所述正渗透皮层膜形成在所述支撑层的表面 上，其中，所述正渗透皮层膜具有：多层网状结构；5~8微米的厚度；不超过5%的表面厚 度偏差；在0.1 MPa的水流压力下，30L/m2h~60L/m2h的水通量，其中，针对海水的水通量为 60L/m 2h ;针对NaCl不低于95%的截留率；或者针对MgSO4不低于99%的截留率。由此，可 以由支撑层为所述正渗透膜提供良好的支撑结构，并且由正渗透皮层膜为根据本专利技术实施 例的正渗透膜提供良好的孔隙率，均匀的厚度分布，进而提高根据本专利技术实施例的正渗透 膜的性能，从而达到较高水通量以及较高截留率，进而提高所述正渗透膜的性能。 根据本专利技术的实施例，所述的正渗透膜所包含的所述支撑层是由聚砜形成，并且 所述支撑层具有交联结构，以及所述正渗透皮层膜是由聚酰胺通过3D打印形成的。由此， 可以由聚砜为所述正渗透膜提供良好的支撑，所述交联层可以防止由于支撑层孔隙过大而 影响正渗透膜的使用效果，并且通过采用3D打印技术，在所述的支撑层表面形成厚度均 匀、具有可控的三维多层网状结构的正渗透皮层膜，进而能够提高所述正渗透膜的孔隙率， 降低浓差极化对正渗透膜分离性能的影响。 在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了前面所述的正渗透膜在污水处理或当前第1页1&n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备正渗透膜的方法，其特征在于，包括：(1)在支撑层的表面形成交联层；(2)采用聚酰胺、光交联剂、光引发剂以及抗氧化剂，通过3D打印，在所述交联层的表面形成正渗透皮层膜，以便获得支撑层‑正渗透皮层膜复合体；以及(3)将所述支撑层‑正渗透皮层膜复合体依次进行热处理和紫外光照射，以便获得所述正渗透膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周律，贾奇博，许阳宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11