[发明专利]加入纳米管的高分子膜

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2007年9月10日提交的美国临时申请第 60/971,124号的优先权的权益，出于所有目的将其全部内容以引用 方式结合于本文。

技术领域

本发明涉及纳米管分散于其中的半透膜、以及其制备方法。

背景技术

高分子膜已在广泛范围的包括制药、食品和水的行业中普遍用 于液体分离。最近，反渗透(RO)和正渗透(FO)方法已越来越 多地用于上述液体分离。构成这些膜分离方法的基础的基本概念是 众所周知的渗透方法。

渗透被定义为由穿过膜的渗透压差异所驱动的水穿过选择性 渗透膜的净移动。选择性渗透膜允许水(H₂O)通过，但截留(排 斥，reject)溶质分子或离子。渗透压(π)是这样的压力，如果施 加于更浓的溶液，其将防止水输送穿过膜。

在反渗透(RO)方法中，将预定的压力施加于进入水(进料 溶液(feed solution))以迫使进入水通过半透膜。因此，在RO中， 施加的压力是用于通过膜质量输送的驱动力；在渗透中，渗透压本 身是用于质量输送的驱动力。

半透膜过滤来自进入水(进料溶液)的杂质，在膜的另一侧(渗 透侧)留下纯净水，称作渗透水。用部分并不穿过膜的进入水冲洗 掉留在膜上的杂质。携带从膜冲洗掉的杂质的进料溶液还称作“废 料(reject)”或“盐水”。RO方法已广泛用于例如工业水处理、海水 淡化、从微咸水或经处理使用过的水的水回收(Cath，T.Y.，Childress， A.E.，Elimelech，M.，2006，Journal of Membrane Science，vol.281， p.70-87)。

近年来，正渗透(FO)方法已被发展成一种可能可替换的用于 水处理的膜技术，这是由于，与压力驱动的膜方法如反渗透(RO) 相比，能量需求较低(由于施加低液压或不施加液压)、高度截留 各种各样的污染物、以及膜结垢倾向较低。FO使用穿过膜的渗透 压差(Δπ)而不是液压差(如在RO中)，作为输送水通过膜的驱 动力。FO方法导致进料流的浓缩和高浓度流(称作汲取溶液(draw solution))的稀释。换句话说，FO方法利用自然渗透现象，其利用 穿过半透膜的两种溶液之间的浓度差。半透膜作为两种溶液之间的 选择性障碍，并在FO方法中控制淡水运输的效率。

在FO方法中，在膜渗透侧的浓缩溶液是在FO方法中驱动力 的来源。在文献中使用不同术语来命名这种溶液，其包括汲取溶液、 渗透剂、或渗透介质(仅举几例)。在FO方法中，汲取溶液具有比 进料溶液(或废料或盐水)更高的渗透压。上述渗透剂的实例是 MgCl₂、CaCl₂、NaCl、KCl、蔗糖、MgSO₄、KNO₃以及NH₄HCO₃(其中渗透压对于MgCl₂是最高的以及对于NH₄HCO₃是最低的)。

目前，用于上述分离方法的半透膜基于聚合物。通常，RO膜 具有埋置在支持层上的致密的选择性层，分别用于提供溶解的化合 物的截留和提供机械强度。

通常，反渗透膜的性能由两个值表示：通量，其表示在单位时 间中渗透单位面积的膜的水量，以及截留率(溶质截留率)，其表 示溶质通过膜的渗透可以被抑制的程度。反渗透膜的性能受控于膜 材料，并且通量和截留率在性能上相均衡。换句话说，当变化膜制 备条件以增加膜通量时，它的截留率会降低；另一方面，当增加截 留率时，通量会降低。

因此，期望进一步改善可以用于例如RO和FO方法中的上述 半透膜的性能。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种制备半透膜的方法，其中该方 法包括将纳米管分散在聚合物溶液中以获得纳米管-聚合物分散体； 通过相转化方法用所述分散体流延(铸造，cast)具有上表面和下 表面的膜；并且其中可以以在所述聚合物溶液中纳米管相对于聚合 物的一浓度将纳米管加入所述聚合物溶液中，所述浓度基本上避免 在所述上表面和所述下表面之间形成沿膜的整个厚度延伸的纳米 管结构。