薄膜复合渗透膜制造技术

一种包括支撑层和截留层的双层渗透膜。包埋网状物的支撑层由相分离聚合物制成，且厚度为50μm至200μm。粘附在支撑层的截留层由薄膜复合聚合物制成，且厚度为0.05μm至3μm。包埋在支撑层中的网状物具有30％至70％的开孔面积，60-300目的网目尺寸，和45-150μm的厚度。还公开了制备上述膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄膜复合渗透膜
技术介绍
反向渗透和正向渗透两者均已用于水处理。反向渗透是压力驱动的过程，需要在膜上施加高压。为承受高达1200psi的压力，反向渗透膜具有致密的聚合物基体层，这往往会导致结垢。相反，正向渗透是扩散驱动而不是压力驱动的过程。在正向渗透过程中，利用相当高浓度的溶液，即提取液，来产生跨膜的静水渗透压梯度，以从膜另一侧的原料液(如海水、盐水或任意废水)提取淡水。由于该过程利用自然渗透，所以需要很少的能量。市售的正向渗透膜，通常由纤维素基聚合物制成，具有不理想的耐用性和性能。需要开发一种耐用且高效的正向渗透膜。专利技术概要本专利技术是基于一个意外的发现:即，一种耐用的薄膜复合(thin filmcomposite,“TFC”)膜，其既具有高的水通量又具有高的盐截留(saltrejection)，用于正向渗透应用。本专利技术的一个方面涉及双层渗透膜，其包括支撑层和截留层。所述支撑层中包埋有网状物，由相分离聚合物制成。其厚度为50至200μπι(例如，60-180μπι、70-160μπι和80-120 μ m)。截留层粘附在支撑层上，由TFC聚合物制成。其厚度为0.05至3 μ m(例如，0.06-1μπι和0.1-0.5μπι)。包埋支撑层中的网状物具有30 %至70 %的开孔面积(openarea)(例如，40-70%和 50-70% ),60-300 目的网目尺寸(例如，90-250 目和 100-180 目，根据美国筛制标准(U.S.Sieve Series Standards)测量)和45_150μπι的厚度(例如，50-145 μ m 和 55-140 μ m)。 本专利技术的另一个方面涉及制备前述膜的方法。所述方法包括如下步骤:(i)将流延用聚合物施加在网上以形成包埋网状物的流延溶液层，所述流延溶液层含有5wt%至30wt%的聚合物和70wt% _95 1:%的水混溶性溶剂；(ii)用凝结溶剂凝结所述流延溶液层以使流延溶液层转变为支撑层；以及(iii)通过界面聚合，用截留层涂覆支撑层的表面。涂覆步骤可以通过在支撑层表面上使多官能胺的水性溶液和多官能酰基卤的无水溶液反应来进行。本专利技术的详细内容列于下面的说明书中。从说明书和从权利要求中，本专利技术其它的特征、目的和优点将是显而易见的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种双层的渗透膜，其具有高水通量和高盐截留。除了正向渗透的应用之外，该膜还可以用在其它的应用中。特别地，该膜可用于渗透驱动的水净化和过滤、海水脱盐、被污染废水性溶液的净化和过滤、压力阻尼渗透(pressure-retardedosmosis),以及低压驱动液体过滤。 所述膜包含两层，即，支撑层和截留层。所述支撑层为膜的截留层提供支撑。其为高度多孔的，厚度为50-200 μ m。这种微孔支撑膜可以具有沿膜横截面方向的非对称结构。更具体地，其可具有致密侧和多孔侧。支撑层可由任意合适的聚合物制成。见J.Mulder的Basic PrinciplesofMembrane Technology (膜分离技术的基本原理)(第二版)；以及Handbook of IndustrialMembrane Technology (工业膜技术手册)(M.C.Porter 主编，William Andrew 出版 /Noyes1990)。例如，支撑层可由相分离聚合物制成。相分离聚合物是一种在相分离过程中形成多孔膜的聚合物，所述相分离过程可以若干种方法引发(例如，通过改变温度和通过改变聚合物溶液的浓度)。浸入沉淀为相分离方法的一个实例，可用来制备本专利技术的膜。相分离聚合物的实例包括但不限于聚醚砜、聚苯砜、聚苯硫醚砜、聚丙烯腈、纤维素酯、聚苯醚、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinyledenefluoride)、聚氯乙烯、聚芳砜、聚苯砜、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺及其组合。支撑层包含包埋其中的网状物。所述网状物具有30-70%的开孔面积，60-300目的网目尺寸和45-150 μ m的厚度。所述网状物可以是织造单丝网状物或非织造织物网状物。织造单丝网状物的实例包括但不限于聚酯织造筛、聚丙烯织造筛、织造丙烯酸，织造尼龙筛及其组合。非织造织物网状物的实例包括但不限于聚酯、聚丙烯、聚烯烃共混物、聚酯-聚烯烃复合材料、尼龙及其组合。应注意，与用在反向渗透膜中的网状物不同，用在本专利技术的膜中的网状物是多孔的且具有高开孔面积。至于粘附至支撑层的截留层，其由TFC制成且厚度为0.05μπι至3μπι。TFC聚合物是可以在支撑层表面上形成超薄截留层(厚度小于3 μ m)的聚合物。实例包括但不限于聚酰胺、聚酰亚胺、纤维素酯、聚脲、聚表胺、聚(哌嗪酰胺)、磺化聚呋喃、磺化聚砜、羧基化聚砜、聚乙烯醇及其组合。超薄截留层可通过采用至少如下五种方法而由TFC聚合物形成:(I)将聚合物溶液浸涂到支撑层之上并原位干燥，(2)在支撑层表面使一组反应性单体界面聚合，(3)分别流延超致密的截留层薄膜，然后将其层叠到支撑层，(4)将反应性单体或预聚物浸涂到支撑层上，随后用加热或辐照进行后固化，以及(5)直接从气相单体等离子体沉积阻隔膜。见 Robert J.Petersen, J.0f Membrane Science, 83:81-150 (1993)。磺化聚呋喃可通过以下方法制备:(I)其中使用含有糠醇和硫酸的水性溶液浸涂聚砜支撑层，被涂覆的支撑层然后在125°C至140°C的空气烘箱中加热15分钟，导致在聚砜支撑层表面上形成磺化聚呋喃截留层。方法(2)是优选的方法，通过使两种不混溶的溶液相互反应，在支撑层的表面上进行。两种溶液各自包含一种单体，其与另外一种进行反应以形成聚合物。见DavidM.Teegarden, Polymer Chemistry:Introductionto an Indispensable Science (2004)。例如，作为用于截留层的聚合物，聚脲可通过使聚乙烯亚胺的水性溶液和甲苯二异氰酸酯的己烷溶液之间界面聚合反应来形成。同样地，聚表胺可以通过聚表氯醇与1，2_乙二胺反应制成，而聚(哌嗪酰胺)可以通过哌嗪与多官能酰基卤反应而制成，所述多官能酰基卤例如为间苯二酰氯、对苯二酰氯、均苯三酰氯及其组合。聚酰胺可以通过多官能胺和多官能酰基卤的界面聚合而形成。多官能胺是含有两个或更多个伯或仲氨基基团的脂肪族、芳香族、杂环基或者脂环族化合物。实例包括但不限于间苯二胺、对苯二胺、哌嗪、2-甲基哌嗪、N,N-二甲基乙二胺(N, N-dimethylethylenedlamine)、I, 3, 5-三氨基苯及其组合。优选地，多官能胺在应用于支撑层的表面之前先溶于水中。另一方面，多官能酰基卤是含有两个或更多个酰基卤基团的脂肪族、芳香族、杂环族或脂环族化合物。实例包括但不限于间苯二酰氯、对苯二酰氯、均苯三酰氯、1，2，4-苯三酰三氯及其组合。优选地，多官能酰卤化物溶解在与水不混溶的溶剂中，如饱和脂肪烃和脂环烃，例如、正己烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环辛烷、乙基环己烷、1-辛烯、1-癸烯、合成异构烷油(ISOPAR)系列及其组合。下面所描述的是制备本专利技术的膜的步骤。膜的支撑层通过浸入沉淀在下面三个步骤中获得:第一，相分离聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩勇，段伟，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：
国别省市：