一种连续制备正渗透复合膜的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于制备分离膜复合材料领域，具体涉及一种连续制备薄层复合型正渗透膜的方法，即通过双面铸膜的方式连续制备高性能的正渗透膜。
【背景技术】
[0002]正渗透膜过程是利用半透膜两侧的渗透压差为跨膜推动力，驱动水通过半透膜，而其他分子或离子被高效截留。由于渗透压驱动下的水分子透过半透膜的过程是自发过程，因而无需外加的推动力和能量输入，就可以实现水和污染物的分离。然而与传统的反渗透膜不同，正渗透膜在具备选择透过性的同时，其支撑层结构需要进一步优化以降低其中的内部浓差极化现象。高性能的正渗透膜的支撑层应具备更薄厚度，更高的孔隙率以及更低的孔曲折度。
[0003]为了获得具有上述特点的正渗透膜，支撑基膜的制备过程中，需要采用低密度支撑层，同时配制低浓度的铸膜液，而二者的配合会导致铸膜液渗入甚至透过支承层，最终使基膜产生缺陷。为了解决这一问题，美国专利US8181794B2中提到采用双层无纺布防止铸膜液渗漏，而国际专利W02014/071238A1中则采用聚丙烯或聚乙烯材质的致密薄膜在支撑层底部防止铸膜液渗漏。然而这两种方式都引入了支撑层之外的基材，在实际操作中二者的同步问题对设备要求很高，增加了操作难度。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本发明所要解决的技术问题是一种连续制备薄层复合型正渗透膜的方法及其设备。该方法简单易行，有效降低最终形成的正渗透膜的总厚度，削弱支撑层中的内部浓差极化现象，提高正渗透膜的渗透通量和效率。
[0005]—种连续制备复合型正渗透膜的方法，该方法具体包括:
[0006]I)在支撑材料第一侧涂覆第一聚合物溶液，在凝胶浴环境下形成第一聚合物层；
[0007]2)将步骤I)形成的带有第一聚合物层的支撑材料烘干，形成具有更高强度的复合支撑层；
[0008]3)在所述复合支撑层中第一聚合物层的第二侧涂覆第二层聚合物溶液，在凝胶浴环境下形成第二聚合物层；
[0009]4)在所述第二聚合物层的第二侧表面进行界面聚合，形成具有交联结构的脱盐层；
[0010]5)将所述第一聚合物层从复合结构中剥离，获得正渗透膜。
[0011]支撑材料的引入，可以增强复合膜的机械强度，以承受连续式涂布过程中的机械张力和高温处理而保持平整度。支撑体的关键参数主要包括厚度，单位面积重量以及透气率或目数。对于无纺布型支撑体，进一步的，所述无纺布的材料包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯或其混合物;进一步的，所述无纺布厚度不大于50μπι，单位面积重量小于50g/m2，透气率大于100mL/cm2/s;对于纺织布型支撑体，其厚度要求要求介于5-50μπι，单位面积重量要求介于5-50g/m2，目数要求介于20-200目。
[0012]进一步的，所述第一聚合物溶液由聚合物、溶剂、非溶剂添加剂配制而成，其中聚合物在溶液中的质量分数为5-45%，溶剂的在溶液中的质量分数为30-90%，非溶剂添加剂溶液中的质量分数为5-25%;进一步的，所述的聚合物包括:聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺或其中两种或两种以上的混合物;所述的溶剂包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等或其中两种或两种以上的混合物;所述的非溶剂添加剂，包括:甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、高氯酸锂等或其中两种或两种以上的混合物。
[0013]进一步的，所述第二聚合物溶液由聚合物、溶剂、非溶剂添加剂配制而成，其中聚合物在溶液中的质量分数为5-45%，溶剂的在溶液中的质量分数为30-90%，非溶剂添加剂溶液中的质量分数为5-25%;所述的聚合物包括:聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺或其中两种或两种以上的混合物;所述的溶剂包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等或其中两种或两种以上的混合物;所述的非溶剂添加剂包括:甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、高氯酸锂等或其中两种或两种以上的混合物。
[0014]进一步的，所述凝胶浴组成为去离子水和溶剂混合物，其中溶剂比例为0-15%，所述的溶剂包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜其中两种或两种以上的混合物。
[0015]进一步的，所述的界面聚合过程中，包括水相溶液和油相溶液，水相溶液中反应单体为间苯二胺，油相溶液中反应单体为均苯三甲酰氯;所述的水相溶液其特征在于:间苯二胺浓度为0.5-5%;所述的油相溶液，其特征在于:油相溶剂包括正戊烷、正己烷、环己烷或石油醚，均苯三甲酰氯浓度为0.03-0.3%。
[0016]本发明还公开了一种连续制备复合型正渗透膜的设备，包括支撑体放卷转鼓、第一铸膜机构、第一凝胶槽、干燥烘箱、第二铸膜机构、第二凝胶槽、界面聚合机构、第一收卷转鼓收集、第二收卷转鼓；
[0017]所述第一铸膜机构设置在所述支撑体放卷转鼓上部出口处，所述第一凝胶槽设置在所述支撑体放卷转鼓下部;支撑材料经支撑体放卷转鼓传送后在所述第一铸膜机构处涂抹第一聚合物溶液后进入所述第一凝胶槽;支撑材料表面形成第一聚合物层后被导入所述干燥烘箱烘干;烘干后经第二铸膜机构涂抹第二聚合物溶液后进入设置在所述第二铸膜机构下部的所述第二凝胶槽;支撑材料形成第二聚合层后导入所述界面聚合机构进行界面聚合，后将所述第一聚合物层从复合结构中剥离，在所述第一收卷转鼓收集处收集复合型正渗透膜，在所述第二收卷转鼓处收集剥离的第一聚合物层。
[0018]进一步的，所述第一铸膜机构包括盛装聚合物溶液的料槽和将聚合物溶液在支撑体表面铺展的涂布头或刮刀。
[0019]进一步的，所述第二铸膜机构包括盛装聚合物溶液的料槽和将聚合物溶液在支撑体表面铺展的涂布头或刮刀。
[0020]本发明的有益效果在于:本发明的方法简单易行，首先在疏松的支撑体表面以高粘度的第一铸膜液涂覆并在凝胶浴中固化成型，所得到的复合支撑体具有更高的机械强度，有利于提高连续式涂布过程中的可操作性。在复合支撑体的另一面涂覆低粘度的第二铸膜液后在凝胶浴中固化成型时，由于第一聚合物层的存在，有效防止了低粘度第二铸膜液的渗漏，保证了第二聚合物层的完整性。在第二聚合物层的表面实施界面聚合，形成具有选择透过性的芳香聚酰胺结构的脱盐层。最后将第一聚合物层从复合结构中剥离，可有效降低最终形成的正渗透膜的总厚度，削弱支撑层中的内部浓差极化现象，提高正渗透膜的渗透通量和效率。
【附图说明】
[0021]图1为本发明涉及的复合型正渗透膜连续制备设备流程示意图。其中
[0022]I为放卷转鼓，用以将支撑体传输至系统中；
[0023]2为第一铸膜机构，用以涂覆第一铸膜液；
[0024]3为第一凝胶槽，用以凝胶第一铸膜液；
[0025]4为干燥烘箱，用以烘干复合支撑体；
[0026]5为第二铸膜机构，用以涂覆第二铸膜液；
[0027]6为第二凝胶槽，用以凝胶第二铸膜液；
[0028]7为界面聚合机构，用以复合芳香聚酰胺脱盐层；
[0029]8为第一收卷转鼓，用以收集正渗透复合膜；
[0030]9为第二收卷转鼓，用以收集剥离的第一聚合物层。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0032]本发明具体技术方案如下:
[0033]支撑材料经支撑体放卷转鼓I被传递到第一铸膜机构2;—侧涂覆第一聚合物溶液，浸入第一凝胶槽3的凝胶浴形成第一聚合物层;后经过干燥烘箱4烘干形成具有更高强度的复合支撑层;干燥后的复合支撑层随后被输送到第二铸膜机构5，在所述复合支撑层中第一聚合物层的另一侧涂覆第二层聚合物溶液;进入第二凝胶槽6的凝胶浴形成第二聚合物层；随后进入界面聚合机构7进行界面聚合，在其表面形成具有交联结构的脱盐层;将所述第一聚合物层从复合结构中剥离，获得正渗透膜，形成减薄复合膜即为最终的复合型正渗透膜，由第一收卷转鼓收集8;被剥离的第一聚合物层由第二收卷转鼓收集9。
[0034]进一步的，所述支撑材料为无纺布或纺织布;进一步的，所述无纺布的材料包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯或其混合物;进一步的，所述无纺布厚度不大于50μηι，单位面积重量小于50g/m2，透气率大