一种酰氯单体及其制备方法、反渗透复合膜及其制备方法_3

文档序号:9803373阅读:来源:国知局
明还优选除去表面多余的芳香族多元胺单体的水溶液后并晾 干,所述瞭干的时间优选为3~9min,更优选4~7min,最优选5~6min。
[0095] 本发明然后将芳香族多元酰氯单体和具有式I结构的酰氯单体的混合有机溶液覆 盖在经过上述步骤1)处理后的聚砜支撑层膜表面,进行界面聚合后,得到初生态复合膜。
[0096] 本发明所述具有式I结构的酰氯单体和芳香族多元酰氯单体的质量比优选为(1: 9)~(9:1),更优选为(2:8)~(8: 2),更优选为(3:7)~(7:3),最优选为(4:6)~(6:4)。本发 明所述混合有机溶液的浓度优选为ο. 05 %~0.50 % g/mL,更优选为0.1 %~0.45 % g/mL,更 优选为〇. 15 %~0.40 % g/mL,最优选为0.2 %~0.30 % g/mL;所述界面聚合的时间优选为5 ~120s,更优选为10~100s,更优选为20~80s,最优选为10~60s;本发明对所述有机溶液 的溶剂没有特别限制,以本领域技术人员熟知的用于混合酰氯单体的溶剂即可,本发明优 选为Isopar G,即异构烷烃类溶剂油。本发明对所述界面聚合的其他条件没有特别限制,本 领域技术人员可以根据实际情况进行调整和选择。
[0097]本发明最后将上述步骤得到的初生态复合膜进行热处理和无机碱处理后,得到反 渗透复合膜。
[0098] 本发明所述热处理的温度优选为30~110°C,更优选为50~90°C,最优选为60~80 °C ;所述热处理的时间优选为2~lOmin,更优选为3~9min,更优选为4~8min,最优选为5~ 7min;所述无机碱处理的时间优选为0.5~5min,更优选为1~4min,最优选为2~3min。本发 明对所述热处理的其他条件没有特别限制,以本领域技术人员熟知的复合膜热处理的条件 即可;本发明对所述无机碱没有特别限制,以本领域技术人员熟知的用于处理复合膜的无 机碱即可;本发明对所述无机碱处理的方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的无机 碱处理的方式即可,本发明优选为浸泡。
[0099] 本发明后续还优选包括清洗等步骤,本发明对此不作特别限制,以本领域技术人 员熟知的清洗方式即可,本发明优选采用40~100°C (更优选为50~90°C)的去离子水清洗 数遍,最后得到的反渗透复合膜保存在去离子水中备用。
[0100] 本发明对上述制备过程中聚砜支撑层膜的来源没有特别限制,以本领域技术人员 熟知的方法制备或购买均可,本发明优选具体采用以下方法制备:
[0101] 使用质量浓度为5~20%的聚砜,优选浓度为10~18%,质量浓度为10~20%的制 孔剂,优选浓度为10~15 %,质量浓度为0.01~0.05 %表面活性剂溶于良溶剂中,涂刮在聚 酯无纺布上,然后浸入水中除去良溶剂后得到支撑层,制备得到的聚砜支撑膜层的截留分 子量(MWCO)为20000~50000,厚度为10~200μπι。其中,良溶剂至少可以包括N,N-二甲基甲 酰胺,N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种;制孔剂至少可以包括乙二醇 独甲醚,聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或多种,表面活性剂至少包括烷基酚聚氧乙 酯膦酸酯,烷基磺酸盐和聚乙烯醇中的一种或多种。
[0102] 本发明经过上述步骤设计合成了一类新型的酰氯单体,这类新型酰氯单体和其它 酰氯单体共混与多元胺通过界面聚合制备反渗透复合膜。所得到的反渗透复合膜表面的超 薄聚酰胺功能层除了酰胺基团(-C0-NH-)及羧酸基团(-C00H)外,还含有亲水性的膦酸酯基 团-P0 3 (CH3) 2或-P03 (CH2CH3) 2;通过改变新型酰氯单体在多元酰氯单体混合物中的比例及 优化反渗透复合膜的制备条件,得到一种高通量、高脱盐率的反渗透复合膜。本发明提供的 用于界面聚合的新型酰氯单体,该酰氯单体具有亲水性、大体积的磷酸酯基团,通过将新型 的功能化酰氯单体引入到反渗透复合膜表面的聚酰胺复合层中,可以通过调节有机相中新 型功能化酰氯单体的比例,可实现反渗透复合膜水通量的调控;在不影响反渗透膜脱盐率 的前提下,可有效提高反渗透复合膜的水通量。
[0103] 本发明提供的表面亲水性更强和聚酰胺层内部自由体积更大的反渗透复合膜,有 效的解决了现有技术中为了保证脱盐率,就在一定程度上限制了反渗透膜渗透通量的提 高,可提高反渗透膜的渗透通量,但在一定程度上会降低膜的脱盐率的固有缺陷。而且处理 工艺简单,易于大规模生产。本发明所制备的反渗透复合膜可广泛应用于各种反渗透系统, 如海水淡化、苦咸水淡化、市政污水处理等。实验结果表明,本发明提供的反渗透复合膜能 够在保证脱盐率及寿命的前提下,在原有通量的基础上提升50%以上。
[0104] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种酰氯单体及其制备 方法、反渗透复合膜进行说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0105] 代表性新型酰氯单体1即具有式IV结构的单体,代表性新型酰氯单体2即具有式V 结构的单体,代表性新型酰氯单体3即具有式VI结构的酰氯单体,代表性新型酰氯单体4即 具有式VII结构的酰氯单体,代表性新型酰氯单体5即具有式VIII结构的酰氯单体。
[0106] 代表性新型酰氯单体1(3,5_二氯甲酰基苯膦酸二乙酯)合成方法
[0107] 如反应式XIX所示:
[0108]
[0109] 具体合成路线:
[0110] (1)化合物 1 的制备参照文献 J. Am. Chem.Soc. 2012,134,20110-20116。
[0111] (2)向50011^三颈圆底烧瓶中加入化合物1(16(^,0.5111〇1),亚磷酸三乙酯 (172. 3mL,lmol),磁力搅拌使固体完全溶解,在氮气保护下加入NiBr2 ( 5. 375g, 0.025111111〇1),磁力搅拌下升温到160°(:,反应10个小时,减压蒸馏除去未反应的亚磷酸三乙 酯,精馏得到化合物2(150.2g),收率为91 %。
[0112] (3)在 500mL 单口瓶中加入 Na0H(0.4mol/L)300mL,化合物 2(10g,0.03mol),60°Ci 应1 Oh,反应完毕后用盐酸调节pH至1,冷却有白色固体析出,过滤,得到化合物3 (7.88g ),收 率为87%。
[0113] (4)在100mL圆底烧瓶中加入化合物3(9.(^,0.03111〇1),二氯亚砜(501^),回流条 件下搅拌l〇h致体系澄清,常压除去大部分二氯亚砜,减压蒸馏除去残留的二氯亚砜,精馏 得到单体1 (3,5-二氯甲酰基苯膦酸二乙酯)(8.99g),收率为89 %。
[0114] 对上述方法制备的单体1进行核磁分析,参见图1,图1为本发明制备的单体1的 hNMR谱图。由图1可知,本发明制备了具有该结构的单体。
[0115] 代表性新型酰氯单体2(3,5_二氯甲酰基苯膦酸二甲酯)合成方法
[0116] 如反应式XX所示:
[0117]
[0118] (1)化合物 1 的合成方式参照文献 J. Am. Chem.Soc .2012,134,20110-20116。
[0119] (2)向有氮气保护的500mL的圆底三口烧瓶中加入1.74g醋酸钯、6.1g三苯基磷、 3.04g的醋酸钾,52mL三乙胺,加入100mL的四氢呋喃做溶剂,搅拌均匀后将溶有28mL亚磷酸 二乙酯、75g化合物1的200mL四氢呋喃溶液缓慢滴加到上述反应体系中,升温至60 °C,在氮 气氛围中继续反应3h,过滤,除去溶液中四氢呋喃,对得到的固体物质进行柱层析分离,得 到白色粉末状固体2,收率为71 %。
[0120] (3)化合物3、化合物4的合成方法参考单体1(3,5_二氯甲酰基苯膦酸二乙酯)的合 成方法。
[0121] 对上述方法制备的单体2进行核磁分析,参见图2,图2为本发明制备的单体2的 hNMR谱图。由图2可知,本发明制备了具有该结构的单体。
[0122] 代表性新型酰氯单体3、单体4、单体5参照单体1或单体2的合成方法。对上述方法 制备的单体5进行核磁分析,参见图3,图3为本发明制备的单体5的 1HNMR谱图。由图3可知,, 本发明制备了具有该结构的单体。
[0123] 实施例1
[0124] 不含新型酰氯单体的普通反渗透复合膜
[0125] 将质量浓度为16.5%聚砜165g,质量浓度为13.5%的乙二醇单甲醚135g,质量浓 度为0.03%的十二烷基磺酸钠0.3g,溶于699.7g N,N-二甲基甲酰胺中,涂刮在聚酯无纺布 上,室温下将其浸入去离子水中进行相转化,除去良溶剂,得到截留分子量(MWC0)为20000 ~50000的多孔聚砜支撑层,然后保存在去离子水中待用。
[0126] 将质量体积浓度(g/mL)为3%间苯二胺水溶液倾倒到聚砜支撑层膜表面,溶液覆 盖聚砜支撑层膜表面1分钟,将该膜表面多余的间苯二胺溶液倒掉,在空气中晾干3分钟,然 后将质量体积浓度(g/mL)为0.4%含均苯三甲酰氯ISOPar G溶液倒到膜表面反应30s进行 界面聚合,随后对其进行第一步热处理:在80°C下处理3分钟,接着将反渗透复合膜置于碳 酸钠的水溶液中浸泡3min,用80 °C的去离子水清洗数次,保存在去离子水中备用。
[0127] 对本发明实施例1所制备的反渗透复合膜进行性能测试,具体结果参见表1。
[0128] 本发明实施例1~16中采用的测试条件为:操作温度25°C,32800ppm的NaCl水溶 液,5.55Mpa的操作压力,该测试条件适用于高压反渗透膜的测试。在膜性能测试前,膜需要 在5.55MPa的压力下,用纯水稳定4个小时,所有的膜样品,都
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