[发明专利]通过蒸汽处理提高反渗透复合膜性能的方法

说明书

技术领域  本发明属于提高界面缩聚制备聚酰胺反渗透复合膜性能的方法。在复合过程中，用各种蒸汽处理膜的正面和背面从而提高膜性能。

背景技术  纳滤和反渗透膜因对有机小分子和无机盐离子的卓越的分离性能，以及使用安全，环境友好，操作容易等优点成为水处理的关键技术。其应用包括海水及苦咸淡化，硬水软化，中水回收，工业废水处理，超纯水制备等广泛领域。其中复合膜因其可将膜的截留率，水通量，稳定性等性能优化而成为当前发展最快、应用最多的膜品种，目前市场上超过90％的纳滤和反渗透膜是复合膜。复合膜是指在多孔的支撑膜底膜上复合一层很薄的、致密的、有特种分离功能的另一种材料。与一体化膜比较，复合膜的表面致密层厚度很薄，从而使膜同时具有高的溶质分离率和水的透过速度，及可优化的物理化学结构，可以满足各种不同的分离选择性需求。当前广泛用于水处理行业中的复合膜主要采取界面聚合的方式，将具分离功能的聚酰胺薄膜复合到微孔支撑底膜表面。通常的复合工艺过程，在J.Cadotte开创性的美国专利4277344里有详细介绍。首先将微孔底膜，例如用相转化法涂敷到聚酯无纺布上的聚砜膜，浸入到二胺或多胺水溶液中，然后通过风淋，辊压等方法去除膜表面多余胺及水，再浸入到多元酰氯的有机非极性溶液中与酰氯发生界面聚合反应，从而在底膜表面形成致密的具有分离功能的超薄膜。成膜后，适当的热固化处理可增加膜对溶质的截留能力及膜的稳定性。热处理前后通过清洗去除未反应的单体及溶剂等以提高水通量及截留率。常用清洗液包括热水，酸类，醇类的水溶液等，如中国专利01808064.2，及美国专利6015495，6536605等有详细介绍。另外，用不同的溶液对复合膜的后处理可通过改变膜表面的物理化学结构增加膜的截留率和水通量，改善耐氯性及抗污染等性能，如美国专利7598296，5876602，6063278，6162358等均有介绍。

在复合膜成膜工艺中，底膜浸入胺的水溶液后，与酰氯溶液接触反应前，需要使膜表面的胺溶液淋至半干，以增强复合膜的附着力，避免脱膜。在此过程中，胺极易氧化成不易溶解的化合物，而堵塞底膜的微孔，并且这种胺的氧化物会使超薄聚酰胺膜产生缺陷，二者严重影响膜的水通量和截留率。与酰氯聚合成聚酰胺膜后，残留的酰氯单体也有同样的副作用，而残留的溶剂在变干的过程中，表面残留的酰氯的浓度逐渐增大，动力学上将使聚合反应继续进行，从而使聚酰胺薄膜的厚度增加，降低膜的水通量。另一方面，由于聚砜底膜表面的疏水性质，使胺的水溶液在膜表面及微孔中的完全湿润变得不容易，从而在膜表面及微孔内未被胺湿润的部位产生缺陷，降低膜对溶质的截留率。

发明内容  本发明的目的是提供一种在复合过程中使用蒸汽的清洗工艺及缺陷修补工艺从而提高膜性能的一种方法。把多孔性支撑底膜浸泡在包含一定浓度及添加剂的多官能性胺单体(如常用的间苯二胺及哌嗪)的水溶液中一定时间后，在与多官能性酰卤基单体(如常用的均苯三甲酰氯和对苯二甲酰氯的混合物等)反应之前，用各种蒸汽处理膜的正面及背面。该蒸汽包括各种温度，浓度的水，酸，碱，醇，酮，醚及它们的混合物等。蒸汽的产生可以通过加热，及通过气体流过产生。聚合反应成膜后，热处理之前或热处理之后用各种蒸汽处理膜表面和背面。该蒸汽包括各种温度，浓度的水，单元，多元酸，氨/胺，醇，质子，及非质子，极性及非极性有机溶剂，H₂O₂，易挥发的含磷，氮等元素的络合剂及它们的混合物等。本发明的另一个目的是在复合成膜后，用含易挥发多胺的水汽处理膜表面使缺陷得到修复而提高复合膜对溶质的截留性能。

具体实施方式  本发明提供的实施例如下：

对比例，将平均孔径约200A的聚砜底膜浸入含2.0％的间苯二胺溶液中2分钟，用橡皮辊压膜表面至半干后浸入0.2％的均苯三甲酰氯的正己烷溶液20秒。取出后放入110℃的烘箱处理10分钟，此对比例所得复合膜在25℃1500ppm NaCI水溶液，1.5MPa压力测试条件下，对NaCI的截留率98.6％，水通量为0.82M³/M².d.

下表列出不同清洗工艺所得膜性能。所有实施例除所列各种蒸汽处理外，其它工艺与对比利完全相同，测试条件完全相同。

实施例1，支撑底膜浸胺后，用通过压缩氮气的60℃的去离子水产生的水蒸气冲洗膜的背面30秒，其它所有工艺与对比例相同。所得结果列在表1中。

实施例2，支撑底膜浸胺后，用通过压缩氮气的60℃的异丙醇产生的蒸气冲洗膜的背面30秒，其它所有工艺与对比例相同。所得结果列在表1中。