一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用1‑甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法。利用1‑甲基咪唑作为水相溶液添加剂，采用界面聚合法制备芳香聚酰胺复合反渗透膜。将支撑膜浸润于含1‑甲基咪唑的水相溶液以使支撑膜被水相溶液充分浸润；将膜浸润于含均苯三甲酰氯的油相溶液进行界面聚合反应以形成芳香聚酰胺分离层；对膜进行热处理，制得芳香聚酰胺复合反渗透膜。本发明专利技术的优点在于制备过程简单，成本较低，易于实施，制得的芳香聚酰胺复合反渗透膜具有高通量和高截留率的特点。此外，本发明专利技术也可为其他高性能的界面聚合分离膜的制备提供借鉴。

A method of preparing reverse osmosis membrane with 1-Methylimidazole as water phase additive

【技术实现步骤摘要】
一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法
本专利技术涉及一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法，属于复合反渗透膜制备领域。
技术介绍
反渗透膜技术是缓解水资源危机的重要手段，目前已经广泛用在海水/苦咸水淡化，超纯水制备以及废水处理等领域。制备高通量高截留率的反渗透膜具有重要意义，高通量反渗透膜可降低过程能耗和设备投资；高截留率反渗透膜可提高过程效率和产水品质。因此，设计一种高通量高截留率的反渗透膜变得至关重要。当前主流的反渗透膜是采用界面聚合法制备的芳香聚酰胺复合反渗透膜。一般认为，分离层决定反渗透膜的分离性能。因此，对分离层结构的优化一直是研究热点。水/油相中引入添加剂是目前常用的优化分离层结构的方法。共溶剂是一种常用的添加剂，它能够影响分离层结构。Tsuru等人通过在油相中引入丙酮作为共溶剂，制备了具有更薄和更疏松的聚酰胺层的反渗透膜(C.Kong,T.Shintani,T.Kamada,V.Freger,T.Tsuru,Co-solvent-mediatedsynthesisofthinpolyamidemembranes,J.Membr.Sci.,384(2011)10-16.)。作者认为，共溶剂可降低水/油界面张力，促进界面聚合过程中水相单体向油相扩散，使水相单体在反应区内浓度增加，从而形成薄的聚酰胺层。共溶剂的添加明显改善了反渗透膜的通量，但是所制膜的截留率有所下降。无机盐作添加剂可调控分离层结构。Tang等人利用氯化钙作水相添加剂制备芳香聚酰胺复合反渗透膜。尽管所制膜的通量有所提升，但由于钙离子与羧酸基团的相互作用而消耗了羧酸基团数量，所制反渗透膜的截留率有所下降(X.Hao,S.Gao,J.Tian,Y.Sun,F.Cui,C.Y.Tang,Calcium-CarboxylIntrabridgingduringInterfacialPolymerization:ANovelStrategytoImproveAntifoulingPerformanceofThinFilmCompositeMembranes,Environ.Sci.Technol.,53(2019)4371-4379.)。因此，制备出同时具有高通量和高截留率的反渗透膜有一定难度。
技术实现思路
为制得兼具高通量和高截留率的反渗透膜，我们进行了研究和试验，发现了一种新型添加剂，即1-甲基咪唑。1-甲基咪唑是一种含氮杂环化合物，常温呈液态，与水可混溶。其结构式如下所示：本专利技术的目的在于提供一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备兼具高通量和高截留率芳香聚酰胺复合反渗透膜的方法。该方法制备过程简单，成本较低，易操作。该方法可使所制反渗透膜兼具高通量和高截留率。本专利技术是通过下述技术方案加以实现的：本专利技术的一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法，包括以下过程：1)将支撑膜浸润于含有1-甲基咪唑的水相溶液中以使支撑膜被水相溶液充分浸润；2)将膜浸润于含有均苯三甲酰氯的油相溶液中进行界面聚合反应以形成芳香聚酰胺分离层；3)将膜置于70～90℃下热处理，制得芳香聚酰胺复合反渗透膜。所述步骤1)的支撑膜浸润于含有1-甲基咪唑的水相溶液中20～40s。所述步骤1)的含有1-甲基咪唑的水相溶液中1-甲基咪唑的体积质量分数为0.1％～0.5％。所述步骤2)的膜浸润于含有均苯三甲酰氯的油相溶液中20～40s。所述步骤2)的含有均苯三甲酰氯的油相溶液，优选为含有浓度为0.05～0.20％均苯三甲酰氯的溶液。所述步骤3)制备的芳香聚酰胺复合反渗透膜用去离子水清洗。1-甲基咪唑相对共溶剂而言，具有沸点高，闪点高，不易燃易爆等特点。1-甲基咪唑可与油相单体均苯三甲酰氯发生反应。该反应的引入，使界面聚合过程中水/油相界面处产生更多的不稳定性区域。更多的不稳定性区域有利于形成更多的分离层背面孔结构，而更多的背面孔有利于降低水相单体向反应区的扩散阻力，使更多的水相单体集中在反应区，从而赋予反渗透膜薄而致密的聚酰胺层。薄的聚酰胺层有利于降低水传递阻力，致密的聚酰胺层有利于提升截留率。此外，1-甲基咪唑和均苯三甲酰氯反应生成的产物遇水容易水解，从而赋予反渗透膜表面更多的羧酸基团。膜面更多的羧酸基团有利于电荷排斥效应增强进而有利于盐的截留。总之，1-甲基咪唑赋予了反渗透膜薄而致密的聚酰胺结构和膜面更多的羧酸基团，从而使反渗透膜具有高通量和高截留率的特点。1-甲基咪唑与均苯三甲酰氯反应以及反应产物水解的方程式如下所示：本专利技术具有制备过程简单，操作时间短，易于实施，成本较低。另外，所制备的芳香聚酰胺复合反渗透膜兼具高通量和高截留率的特点。本专利技术不仅适用于芳香聚酰胺复合反渗透膜的制备，而且也适用于制备其他高性能的界面聚合分离膜。附图说明：图1为实施例1制得的添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜所制的表面结构扫描电镜图。图2为实施例2制得的添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜所制的表面结构扫描电镜图。图3为实施例3制得的添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜所制的表面结构扫描电镜图。具体实施方式实施例1配置含有体积质量分数为0.1％的1-甲基咪唑的水相溶液，将配置好的水相溶液倾倒在支撑膜表面，充分浸润20s后去除多余水相溶液，待膜面干燥后倒入含有0.05％均苯甲酰氯油相溶液反应20s，然后去除多余油相溶液，制得反渗透膜。最后，将膜在70℃下热处理4min，制得添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜。电镜图片如图1所示。在1.55MPa、25℃下利用2000mg/L的氯化钠水溶液测试得到添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜的通量和截留率分别为53.41L/(m2·h)和98.90％。实施例2配置含有体积质量分数为0.3％的1-甲基咪唑的水相溶液，将配置好的水相溶液倾倒在支撑膜表面，充分浸润30s后去除多余水相溶液，待膜面干燥后倒入含有0.10％均苯甲酰氯油相溶液反应30s，然后去除多余油相溶液，制得反渗透膜。最后，将膜在80℃下热处理5min，制得添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜。电镜图片如图2所示。在1.55Mpa、25℃下利用2000mg/L的氯化钠水溶液测试得到添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜的通量和截留率分别为72.85L/(m2·h)和99.06％。实施例3配置含有体积质量分数为0.5％的1-甲基咪唑的水相溶液，将配置好的水相溶液倾倒在支撑膜表面，充分浸润40s后去除多余水相溶液，待膜面干燥后倒入含有0.20％均苯甲酰氯油相溶液反应40s，然后去除多余油相溶液，制得反渗透膜。最后，将膜在90℃下热处理6min，制得添加1-甲基咪唑的芳香聚酰胺复合反渗透膜。电镜图片如图3所示。在1.55MPa、25℃下利用2000mg/L的氯化钠水溶液测试得到添加1-甲基咪唑的芳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法，其特征是包括如下步骤：/n1)将支撑膜浸润于含有1-甲基咪唑的水相溶液中以使支撑膜被水相溶液充分浸润；/n2)将膜浸润于含有均苯三甲酰氯的油相溶液中进行界面聚合反应以形成芳香聚酰胺分离层；/n3)将膜置于70～90℃下热处理，制得芳香聚酰胺复合反渗透膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用1-甲基咪唑作为水相添加剂制备反渗透膜的方法，其特征是包括如下步骤：
1)将支撑膜浸润于含有1-甲基咪唑的水相溶液中以使支撑膜被水相溶液充分浸润；
2)将膜浸润于含有均苯三甲酰氯的油相溶液中进行界面聚合反应以形成芳香聚酰胺分离层；
3)将膜置于70～90℃下热处理，制得芳香聚酰胺复合反渗透膜。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)的支撑层浸润于含有1-甲基咪唑的水相溶液中20～40s。


3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志，刘莹莹，任六一，魏新渝，赵颂，王纪孝，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12