一种高通量抗污染反渗透复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高通量抗污染反渗透复合膜及其制备方法，包括依次设置的反渗透基膜、亲水骨架层及抗污染涂层；制备方法为：（1）将亲水骨架材料的水相分散液倾倒在反渗透基膜表面，使水相分散液均匀浸没膜表面，浸没处理后在反渗透基膜表面得到亲水骨架层；（2）涂覆抗污染涂层：将抗污染改性液倾倒在反渗透基膜上的亲水骨架层表面，静置吸附3~5min后，除去多余的溶液，经热处理后得到所述高通量抗污染反渗透复合膜。本发明专利技术在抗污染涂层和反渗透基膜之间构建具有二维或三维孔道结构的亲水骨架层，形成水分子传输通道，从而在保证膜抗污染性能的同时，减少膜渗透通量的损失。减少膜渗透通量的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量抗污染反渗透复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水处理膜
，尤其是涉及一种高通量抗污染反渗透复合膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]高性能复合反渗透膜材料是新型高效分离技术的关键材料，具有环保、高效、节能等特征，是解决水资源、能源、环境问题和产业技术升级的战略性新材料，已广泛应用于各个领域。在实际应用过程中，膜的污染会导致膜渗透通量衰减，过滤压力增大及分离效率降低，不仅会增加能耗和操作费用，也会提高膜的使用成本，是制约膜材料和膜技术应用和发展的主要因素之一。因此，着力提升膜材料的抗污染性能一直是学术界和产业界共同聚焦的热点问题。
[0003]在复合反渗透膜表面涂敷亲水性涂层材料是提升膜抗污染性能的常规方法之一，因其操作简单，利于规模化制备，被广泛应用于实际生产制造中。例如，在中国专利文献上公开的“一种抗污染反渗透复合膜的制备方法及反渗透复合膜”，其公告号CN108126530A，包括：将多元胺水相溶液和与芳香多元酰氯有机相溶液在聚砜支撑膜表面上接触并发生界面聚合反应形成芳香聚酰胺脱盐层，将配制好的抗污染涂层液涂覆在芳香聚酰胺脱盐层上，热处理后形成抗污染涂层，抗污染涂层液为含有聚丙烯酰胺、醛类的酸性混合溶液。
[0004]但涂敷抗污染涂层后，由于涂层材料与聚酰胺分离层间存在相互作用，由此导致的物理吸附、堵孔效应以及抗污染涂层本体的过度致密化等原因不可避免的会增加膜的渗透阻力，造成渗透通量的较大损失，降低膜的基本性能。因此如何在保证膜抗污染性能的同时，减少甚至消除膜渗透通量的损失具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中在反渗透膜上涂敷抗污染涂层后，会造成渗透通量的较大损失，降低膜的基本性能的问题，提供一种高通量抗污染反渗透复合膜及其制备方法，通过在抗污染涂层和反渗透基膜之间构建具有二维或三维孔道结构的亲水骨架层，形成水分子传输通道，从而在保证膜抗污染性能的同时，减少膜渗透通量的损失。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高通量抗污染反渗透复合膜，包括依次设置的反渗透基膜、亲水骨架层及抗污染涂层；所述的亲水骨架层由具有二维或三维孔道结构的亲水骨架材料的水相分散液构建而成；所述的抗污染涂层由抗污染改性液涂覆而成，所述抗污染改性液的组分包括亲水有机材料和水。
[0007]本专利技术通过亲水骨架材料的水相分散液在反渗透基膜和抗污染涂层之间构建亲水骨架层，亲水骨架材料表面携带有大量亲水性官能团，可以和反渗透基膜表面基团形成氢键，通过物理吸附作用连接到反渗透基膜表面，形成亲水骨架层；亲水骨架材料中的二维或三维的孔道结构可以在抗污染涂层和反渗透基膜间形成高效的水分子传输通道，从而大
大减小涂覆抗污染涂层后反渗透复合膜的通量损失。本专利技术通过亲水骨架层的构建，有效改善了涂层材料与聚酰胺分离层间的物理吸附、堵孔效应以及抗污染涂层本体的过度致密化等问题，在提高复合膜抗污染性能的同时减少了抗污染涂层带来的通量损失，相比于传统抗污染膜，可同步提高反渗透复合膜的通量与抗污染性能。
[0008]作为优选，所述的亲水骨架材料选自亲水性多壁碳纳米管、亲水性金属有机骨架、亲水性介孔二氧化硅、亲水性氢键有机骨架、亲水性氧化石墨烯纳米片、亲水性聚倍半硅氧烷中的一种或多种。
[0009]作为优选，所述的亲水骨架材料为亲水性氢键有机骨架，其制备方法为：将2,2'
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联苯胺二磺酸加入丙酮中，超声分散均匀后在35～45℃下搅拌反应6～8d，再降温至0～4℃反应18～24h，将产物清洗、烘干后得到所述亲水性氢键有机骨架。
[0010]本专利技术以2,2'
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联苯胺二磺酸为原料制备亲水性氢键有机骨架，2,2'
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联苯胺二磺酸因其分子上同时带有胺基和磺酸基且摩尔比相同，可以同时作为氢键给体与氢键受体材料，自主装为多孔HOFs框架。2,2'
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联苯胺二磺酸多孔HOFs由于带有胺基、磺酸基及苯环等特征基团，可以与反渗透基膜及抗污染涂层中的亲水有机材料通过氢键及苯环间的Π
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Π相互作用结合，提高了抗污染涂层与反渗透基膜的结合牢度，避免涂层脱落，有利于提升抗污染涂层的耐久性。同时，采用2,2'
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联苯胺二磺酸多孔HOFs作为亲水骨架材料，由于磺酸基团的引入，增强了膜体的电荷密度，可提升反渗透复合膜的脱盐性能。
[0011]作为优选，所述2,2'
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联苯胺二磺酸与丙酮的质量体积比为1g:450～550mL。
[0012]作为优选，所述的水相分散液中，亲水骨架材料的质量浓度为0.01～1％。
[0013]作为优选，所述的抗污染改性液中，亲水有机材料选自聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚多巴胺、聚乙二醇二缩水甘油醚、氨基聚醚
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环氧树脂中的一种或多种；亲水有机材料的质量浓度为1～10％。
[0014]作为优选，所述的抗污染改性液的组分还包括交联剂，所述的交联剂选自乙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛中的一种或多种，交联剂的质量浓度为0.1～1％；抗污染改性液的pH为2.5～2.8。在抗污染改性液中加入交联剂，通过交联作用可提升抗污染涂层在反渗透复合膜上的结合力，避免抗污染涂层在使用过程中脱落；调节抗污染改性液的pH至酸性，可以催化交联反应的进行，提升反应速度。
[0015]本专利技术还公开了一种上述反渗透复合膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)构建亲水骨架层：将亲水骨架材料分散在水中，得到水相分散液；将水相分散液倾倒在反渗透基膜表面，使水相分散液均匀浸没膜表面，浸没5～300s后倒掉多余水相分散液，在反渗透基膜表面得到亲水骨架层；(2)涂覆抗污染涂层：将抗污染改性液中的各组分溶解在水中，得到抗污染改性液；将抗污染改性液倾倒在反渗透基膜上的亲水骨架层表面，静置吸附3～5min后，除去多余的溶液，经热处理后得到所述高通量抗污染反渗透复合膜。
[0016]作为优选，步骤(2)中将抗污染改性液中的各组分溶解在水中后，用pH调节剂调节溶液pH至2.5～2.8，得到抗污染改性液；所述pH调节剂选自盐酸、硫酸、乙酸、磷酸、柠檬酸、樟脑磺酸、苹果酸中的一种或多种。
[0017]作为优选，步骤(2)中的热处理温度为30～120℃，湿度20％～100％，热处理时间1～15min。
[0018]因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)在反渗透基膜和抗污染涂层之间构建亲水骨架层，有效改善了涂层材料与聚酰胺分离层间的物理吸附、堵孔效应以及抗污染涂层本体的过度致密化等问题，在提高复合膜抗污染性能的同时减少了抗污染涂层带来的通量损失；(2)采用2,2'
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联苯胺二磺酸多孔HOFs作为亲水骨架材料，可以提高抗污染涂层与反渗透基膜的结合牢度，避免涂层脱落，有利于提升抗污染涂层的耐久性；同时增强了膜体的电荷密度，可提升反渗透复合膜的脱盐性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高通量抗污染反渗透复合膜，其特征是，包括依次设置的反渗透基膜、亲水骨架层及抗污染涂层；所述的亲水骨架层由具有二维或三维孔道结构的亲水骨架材料的水相分散液构建而成；所述的抗污染涂层由抗污染改性液涂覆而成，所述抗污染改性液的组分包括亲水有机材料和水。2.根据权利要求1所述的反渗透复合膜，其特征是，所述的亲水骨架材料选自亲水性多壁碳纳米管、亲水性金属有机骨架、亲水性介孔二氧化硅、亲水性氢键有机骨架、亲水性氧化石墨烯纳米片、亲水性聚倍半硅氧烷中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的反渗透复合膜，其特征是，所述的亲水骨架材料为亲水性氢键有机骨架，其制备方法为：将2,2'
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联苯胺二磺酸加入丙酮中，超声分散均匀后在35~45℃下搅拌反应6~8d，再降温至0~4℃反应18~24h，将产物清洗、烘干后得到所述亲水性氢键有机骨架。4.根据权利要求3所述的反渗透复合膜，其特征是，所述2,2'
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联苯胺二磺酸与丙酮的质量体积比为1g:450~550mL。5.根据权利要求1~4任一所述的反渗透复合膜，其特征是，所述的水相分散液中，亲水骨架材料的质量浓度为0.01~1%。6.根据权利要求1所述的反渗透复合膜，其特征是，所述的抗污染改性液中，亲水有机材料选自聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙二醇及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚多巴胺、聚乙二醇二缩水甘...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔健，张士锋，方晨宇，李俊俊，沈立强，计根良，
申请(专利权)人：宁波水艺膜科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：