高通量水可渗透膜制造技术

描述了水可渗透膜和制备方法。所述水可渗透膜可包括多孔载体和聚酰胺层，所述聚酰胺层包含在所述多孔载体的表面上的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含纳米颗粒和亲水性添加剂，并且其中所述亲水性添加剂共价键合至所述交联聚酰胺。所述交联聚酰胺能够在所述多孔载体上界面聚合。公开了使用所述水可渗透膜使水脱盐、进行透析或进行渗透蒸发的方法。进行透析或进行渗透蒸发的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高通量水可渗透膜
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年12月27日提交的美国临时申请第62/954,217号的权益，所述临时申请特此以引用的方式整体并入。


[0003]本公开总体上涉及水可渗透膜和形成水可渗透膜的方法。

技术介绍

[0004]水可渗透膜可用于许多应用中以提供所需的组分分离。例如，诸如盐的溶解的物质可通过称为反渗透的程序与它们的溶剂(例如水)分离。反渗透是有效且用途广泛的水脱盐技术。此技术可在进料预处理后，以一步法由半咸水和海水以及地表水、湖水和河水生产饮用水。因此，可由以前无法使用的水源生产用于工业、农业和家庭使用的大量可用水。在另一个实例中，水可渗透膜可用于透析和渗透蒸发。
[0005]已经描述了水可渗透膜。然而，尽管这些水可渗透膜可能具有良好的性能，包括高脱盐率和良好的水通量，但增加的水通量、高脱盐率或两者都是令人希望的。
[0006]本文公开的组合物和方法解决了这些以及其它需要。

技术实现思路

[0007]本文描述了水可渗透膜和制备方法。在一些方面，所述水可渗透膜可包括多孔载体和聚酰胺层，所述聚酰胺层包含在所述多孔载体的表面上的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含纳米颗粒和亲水性添加剂，并且其中所述亲水性添加剂共价键合至所述交联聚酰胺。所述交联聚酰胺能够在所述多孔载体上界面聚合。
[0008]在一些实施方案中，所述交联聚酰胺可衍生自多胺单体和多官能酰卤。所述多胺单体可包括芳族基团或芳族
‑
脂族基团。
[0009]所述聚酰胺层中的纳米颗粒可选自沸石Y纳米颗粒、气相二氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、氧化锆纳米颗粒、粘土纳米颗粒、碳纳米颗粒、金属
‑
有机框架(MOF)纳米颗粒、沸石咪唑框架(ZIF)纳米颗粒或它们的组合。所述纳米颗粒和所述交联聚酰胺可以从0.01:500至0.2:1、或从0.01:100至0.1:1、从0.01:500至0.01:1、或从0.01:100至0.01:1的重量比存在。
[0010]所述亲水性添加剂通常包括用于与所述交联聚酰胺反应的反应性基团。在一些实施方案中，所述亲水性添加剂可衍生自选自以下的化合物：4
‑
(2
‑
羟乙基)吗啉、2
‑
(2
‑
羟乙基)吡啶、邻氨基苯甲酸
‑
三乙胺、间氨基苯甲酸
‑
三乙胺、对氨基苯甲酸
‑
三乙胺、邻氨基苯磺酸
‑
三乙胺、间氨基苯磺酸
‑
三乙胺、对氨基苯磺酸
‑
三乙胺、邻氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、间氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、对氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、邻羟基苯甲酸
‑
三乙胺、间羟基苯甲酸
‑
三乙胺、对羟基苯甲酸
‑
三乙胺、它们的盐或它们的组合。在某些实施方案中，所述亲水性添加剂可衍生自：
[0011][0012]或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基。优选地，在所述交联聚酰胺的界面聚合过程中所述亲水性添加剂包括在聚酰胺层中。可包括在水可渗透膜中的亲水性添加剂的进一步的实例可选自
[0013][0014]或它们的盐、或它们的组合；其中R选自饱和的、不饱和的、取代的或未取代的C1‑
C9醇，或饱和的、不饱和的、取代的或未取代的C1‑
C9胺。所述亲水性添加剂和所述交联聚酰胺可以从0.1:100至0.5:1、或从0.5:50至0.2:1、从0.1:100至0.1:1、或从0.5:50至0.5:1的重量比存在。
[0015]包括足够量的亲水性添加剂和/或纳米颗粒的水可渗透膜可表现出在225psi下用2000ppm NaCl溶液测量时至少98％的脱盐容量和至少34gfd的通量率。
[0016]在一些实例中，所述水可渗透膜可包括多孔载体和聚酰胺层，所述聚酰胺层包含在所述多孔载体的表面上界面聚合的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含亲水性添加剂和选自由以下组成的组的纳米颗粒：沸石Y、气相二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、粘土、碳、金属
‑
有机框架(MOF)、沸石咪唑框架(ZIF)以及它们的组合。在这些实例中，所述亲水性添加剂可与所述交联聚酰胺共价键合。
[0017]在其它实例中，所述水可渗透膜可包括多孔载体和聚酰胺层，所述聚酰胺层包含在所述多孔载体的表面上界面聚合的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含纳米颗粒和亲水性添加剂，所述亲水性添加剂衍生自选自以下的亲水性反应性添加剂：
[0018][0019]或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基。
[0020]在其它实例中，所述水可渗透膜可包含纳米颗粒；设置在多孔基底表面上的交联聚酰胺，其中所述交联聚酰胺通过使多官能胺与一定量的多官能酰卤界面聚合而形成，使
得胺官能团、酰卤官能团或它们的组合的至少一部分保持未反应并在所述交联聚酰胺上形成反应性侧基；和选自以下的亲水性添加剂：
[0021][0022]或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代地或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；其中所述亲水性添加剂与所述反应性侧基反应以共价结合所述亲水性添加剂和所述交联聚酰胺，并且其中与不含所述亲水性添加剂的在其它方面相同的膜相比，所述膜表现出改进的水通量和改进的盐潴留性质。
[0023]还公开了用于形成所述水可渗透膜的方法。所述方法可包括将包含多胺单体的多胺溶液施加至多孔载体上；将包含多官能酰卤的酰卤溶液施加至所述多孔载体上；以及使所述多胺单体和所述多官能酰卤在所述多孔载体的孔表面上聚合以形成交联聚酰胺，其中纳米颗粒和亲水性反应性添加剂独立地存在于所述多胺溶液或所述酰卤溶液中的至少一者中。如本文所述，所述交联聚酰胺可在所述多孔载体上界面聚合。在一些实施方案中，所述多胺溶液可包含从0.05重量％至1重量％、或0.1重量％至0.5重量％的纳米颗粒。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种水可渗透膜，其包括：多孔载体，和聚酰胺层，其包含在所述多孔载体的表面上的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含纳米颗粒和亲水性添加剂，并且其中所述亲水性添加剂共价键合至所述交联聚酰胺。2.一种水可渗透膜，其包括：多孔载体，和聚酰胺层，其包含在所述多孔载体的表面上界面聚合的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含亲水性添加剂和选自由以下组成的组的纳米颗粒：沸石Y纳米颗粒、气相二氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、氧化锆纳米颗粒、粘土纳米颗粒、碳纳米颗粒、金属
‑
有机框架(MOF)纳米颗粒、沸石咪唑框架(ZIF)纳米颗粒以及它们的组合。3.一种水可渗透膜，其包括：多孔载体，和聚酰胺层，其包含在所述多孔载体的表面上的交联聚酰胺，其中所述聚酰胺层还包含纳米颗粒和亲水性添加剂，所述亲水性添加剂衍生自选自以下的亲水性反应性添加剂：或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基。4.一种水可渗透膜，其包含：a)纳米颗粒；b)交联聚酰胺，其设置在多孔基底的表面上，其中所述交联聚酰胺是通过使多胺与一定量的多官能酰卤界面聚合形成的，使得胺官能团、酰卤官能团或它们的组合的至少一部分保持未反应并在所述交联聚酰胺上形成反应性侧基；和c)亲水性添加剂，其与所述反应性侧基具有反应性以共价结合所述亲水性添加剂和所述交联聚酰胺，其中所述亲水性反应性添加剂选自：
或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且其中所述膜与在其它方面相同的不含所述亲水性添加剂的膜相比表现出改进的水通量和盐潴留性质。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的水可渗透膜，其中所述交联聚酰胺是在所述多孔载体上界面聚合的。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的水可渗透膜，其中所述交联聚酰胺衍生自多胺单体和多官能酰卤。7.如权利要求6所述的水可渗透膜，其中所述多胺单体包含芳族基团或芳族
‑
脂族基团。8.如权利要求1
‑
7中任一项所述的水可渗透膜，其中所述纳米颗粒包括沸石Y、气相二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、粘土、碳、金属
‑
有机框架(MOF)、沸石咪唑框架(ZIF)或它们的组合。9.如权利要求1
‑
8中任一项所述的水可渗透膜，其中所述纳米颗粒和所述交联聚酰胺是以从0.01:500至0.2:1、从0.01:100至0.1:1、从0.01:500至0.01:1或从0.01:100至0.01:1的重量比存在。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的水可渗透膜，其中所述亲水性反应性添加剂包括4
‑
(2
‑
羟乙基)吗啉、2
‑
(2
‑
羟乙基)吡啶、邻氨基苯甲酸
‑
三乙胺、间氨基苯甲酸
‑
三乙胺、对氨基苯甲酸
‑
三乙胺、邻氨基苯磺酸
‑
三乙胺、间氨基苯磺酸
‑
三乙胺、对氨基苯磺酸
‑
三乙胺、邻氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、间氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、对氨基甲苯磺酸
‑
三乙胺、邻羟基苯甲酸
‑
三乙胺、间羟基苯甲酸
‑
三乙胺、对羟基苯甲酸
‑
三乙胺、它们的盐或它们的组合。11.如权利要求1
‑
10中任一项所述的水可渗透膜，其中所述亲水性反应性添加剂包括：或它们的组合，其中R在每次出现时独立地选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基；并且
R'不存在或选自取代的或未取代的C1‑
C9烷基、取代的或未取代的C2‑
C9烯基、或取代的或未取代的C2‑
C9炔基。12.如权利要求1
‑
11中任一项所述的水可渗透膜，所述水可渗透膜还包含另外的亲水性添加剂，所述另外的亲水性添加剂衍生自选自以下的亲水性反应性添加剂：或它们的盐、或它们的组合；其中R不存在或选自饱和的或不饱和的、取代的或未取代的C1‑
C9醇，或饱和的或不饱和的、取代的或未取代的C1‑
C9胺。13.如权利要求5
‑
12中任一项所述的水可渗透膜，其中所述亲水性添加剂在所述交联聚酰胺的界面聚合过程中包括在所述聚酰胺层中。14.如权利要求1
‑
13中任一项所述的水可渗透膜，其中所述亲水性添加剂和所述交联聚酰胺是以从0.1:100至0.5:1、或从0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：俄亥俄州创新基金会，
类型：发明
国别省市：