一种高通量复合反渗透膜的制备方法与流程

本发明涉及反渗透膜，尤其涉及一种高通量复合反渗透膜的制备方法。

背景技术：

1、水资源是当今人类生活生产必不可少的自然资源。当前，随着社会快速发展，水资源的供需矛盾愈发突出，一方面，人们对地表水和地下水的过度开发破坏了水资源可续循环，造成淡水资源的减少，另一方面由于工业和农业等生产排放的难降解污染物致使大量可用水资源被污染，进一步造成了可用水资源的不足，对社会的可持续发展造成了严重的影响。

2、目前存在的解决方法主要有污水处理回用、海水淡化和跨区域调水等措施。污水处理中，将被污染的水进行处理形成再生可用水，在世界多个国家和地区已经被证明是可行的，其在一定程度上可以缓解水资源的供需矛盾。膜分离技术可用于污水处理过程，其具备高效的分离性能和较低的能源消耗，已经广泛应用于水处理、医药、食品、生物提纯、能源及化工等行业。膜分离技术主要为压力驱动膜，包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。

3、反渗透(reverse osmosis，简称ro)是以压力差为推动力的一种新型膜分离技术，即在高于原水渗透压的操作压力下，水分子可通过ro半透膜，而原水中的大量无机离子、有机物、胶体、微生物、热原等被ro膜截留，它具有分离效果好、无相变、简单高效的特点。表征反渗透膜分离性能的参数主要是水通量和脱盐率，前者数值越高则单位时间单位面积膜产水量越高，后者数值搞则盐透过量越少，即盐水分离效果越好。然而，水通量和脱盐率间存在明显的“trade-off”效应，即其中一个增大，另外一个则降低，如何克服或平衡好“trade-off”效应成为当前提升反渗透膜分离性能的重要课题。

4、当前的反渗透膜片一般包括三层结构，分别为聚酯无纺布、聚砜层和聚酰胺分离层，其中聚酰胺层控制着复合膜的分离性能。聚酰胺层是通过间苯二胺与均苯三甲酰氯单体在水油分界处通过聚合反应生成的，由于两者的极高活性，反应通常在极短的时间内完成。反渗透膜片聚酰胺脱盐层的合成一般包括“水相涂敷-水相沥干-油相涂敷-热风烘干-清洗”，其中油相涂敷过程即界面聚合过程，生成初生态聚酰胺；热风烘干促进聚酰胺层内部离散的聚酰胺低聚物继续发生反应，提高整体交联度。该合成路线能提高复合膜的整体脱盐率，但是同时会关闭水分子渗透通道，降低水通量，而生产的产品只能适用于对脱盐率要求较高的场景（如海水淡化、工业超纯水制备等），不适用于对回收率或产水量要求高的场景（如家用反渗透净水机、中水回用等）。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种在标准家用测试条件下（250ppm nacl，0.45mpa）通量达到40lmh以上，同时对氯化钠的截留保持在93%以上，具有较好的分离效果，适用于多种应用场景的一种高通量复合反渗透膜的制备方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种高通量复合反渗透膜的制备方法，包括以下步骤:

4、步骤001，配置聚砜铸膜液；

5、步骤002，将上述铸膜液经相转变法刮制成基膜a，并在纯水中浸泡；

6、步骤003，配置水相溶液；

7、步骤004，配置油相溶液；

8、步骤005，将基膜a充分涂覆水相溶液，并用风刀将其表面水分吹干，形成内部含水相单体的膜b；

9、步骤006，将膜b表面涂覆油相溶液，发生界面聚合反应，生成含聚酰胺层的复合反渗透膜c；

10、步骤007，在膜c含聚酰胺脱盐层一层表面喷涂含无机盐的非质子溶剂，反应一段时间，标记膜d；

11、步骤008，将膜d浸没于热水中，取出后，形成膜e，即为高通量复合反渗透膜。

12、具体的，步骤001中所述聚砜铸膜液包括聚砜、非质子有机溶剂和相转变添加剂。

13、具体的，所述聚砜含量为10-16%；

14、所述非质子有机溶剂为dmf，含量为70-85%；

15、所述相转变添加剂为低分子量聚乙二醇，含量为5-10%。

16、具体的，步骤003中水相溶液成分包括纯水、间苯二胺、缚酸剂、相转移催化剂和樟脑磺酸。

17、具体的，所述间苯二胺含量为1-5%；

18、所述缚酸剂包括氢氧化钠和氢氧化钾，含量为0.05-0.2%；

19、所述相转移催化剂为三乙胺及其盐类，含量为1-6%；

20、所述樟脑磺酸含量为0.5-6%。

21、具体的，步骤004中所述油相溶液成分包括油相溶剂和均苯三甲酰氯。

22、具体的，所述均苯三甲酰氯浓度为0.05-0.3%。

23、具体的，步骤007中所述非质子有机溶剂包括dmac，dmf，dmso中的一种或多种；

24、具体的，步骤007中所述无机盐包括氯化锂或氯化钙，其在非质子有机溶剂中含量为2-4%。

25、具体的，步骤007中所述喷涂量为0.05-1.0g/m2，反应时间为10s-90s。

26、综上所述，本案将聚砜基膜a表面充分涂覆间苯二胺水相溶液，用风刀将其表面水分吹干，形成内部含水相单体的膜b；将b表面充分浸入含均苯三甲酰氯的油相混合溶液中，发生界面聚合反应，生成含聚酰胺层的复合膜c；将c表面喷涂一定量含licl/cacl2的非质子溶剂，反应一段时间后形成膜d；将膜d完全浸入热水中进行清洗，形成膜e；膜e即为案所述高通量复合反渗透膜。

27、本发明设计了新型“界面聚合-非质子溶剂反应-热水清洗”的技术路线，制备了高通量复合反渗透膜，主要创新如下：

28、1、使用非质子溶剂络合无机盐的混合溶液处理初生态反渗透膜聚酰胺层，以氯化锂（licl）与n，n-二甲基乙酰胺（dmac）为例。licl电离出来的锂离子与dmac的羰基进行耦合，氯离子游离出来与酰胺键上的氢原子形成氢键，破坏了聚酰胺的整体规整度，降低了结晶度，使链柔性得到大大提高。另一方面，dmac能够溶解界面聚合反应初期形成的低聚物，“拓宽”水分子渗透通道。

29、2、本发明摒弃了传统加热烘干的后处理方式，在非质子溶剂反应后采用热水进行清洗，主要基于如下考虑：

30、a. 终结非质子溶剂在聚酰胺层内部的反应，防止反应无序扩张导致的脱盐率丧失；

31、b.清洗聚酰胺层内部残留的水相单体，避免其在空气中氧化而造成的色泽差异；

32、c. 水解游离的酰氯基团，生成更加亲水性的羧酸基团，提高复合膜亲水性，从而提高耐污染性能

33、综上所述，本发明提出了一种新型的高通量复合反渗透膜的制备工艺，该工艺易于实现工业化，具有较大的发展前景。

34、说明书附图

35、图1是发明制备工艺流程图；

36、图2是复合反渗透膜微观形貌；

37、图3是经过热水清洗和未经热水清洗的膜片对比图。

技术特征：

1.一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

2.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤001中所述聚砜铸膜液包括聚砜、非质子有机溶剂和相转变添加剂。

3.根据权利要求书2所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于， 所述聚砜含量为10-16%；

4.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤003中水相溶液成分包括纯水、间苯二胺、缚酸剂、相转移催化剂和樟脑磺酸。

5.根据权利要求书4所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述间苯二胺含量为1-5%；

6.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤004中所述油相溶液成分包括油相溶剂和均苯三甲酰氯。

7.根据权利要求书6所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酰氯浓度为0.05-0.3%。

8.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤007中所述非质子有机溶剂包括dmac，dmf，dmso中的一种或多种。

9.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤007中所述无机盐包括氯化锂或氯化钙，其在非质子有机溶剂中含量为2-4%。

10.根据权利要求书1所述的一种高通量复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，步骤007中所述喷涂量为0.05-1.0g/m2，反应时间为10s-90s。

技术总结
一种高通量复合反渗透膜的制备方法，涉及反渗透膜技术领域。本发明设计了新型“界面聚合‑非质子溶剂反应‑热水清洗”的技术路线，制备了高通量复合反渗透膜，终结非质子溶剂在聚酰胺层内部的反应，防止反应无序扩张导致的脱盐率丧失；清洗聚酰胺层内部残留的水相单体，避免其在空气中氧化而造成的色泽差异；水解游离的酰氯基团，生成更加亲水性的羧酸基团，提高复合膜亲水性，从而提高耐污染性能。该工艺易于实现工业化，具有较大的发展前景。

技术研发人员：瞿睿
受保护的技术使用者：扬州锐洁环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22