[发明专利]薄膜复合渗透膜

说明书

背景技术

反向渗透和正向渗透两者均已用于水处理。

反向渗透是压力驱动的过程，需要在膜上施加高压。为承受高达1200psi的压力，反向渗透膜具有致密的聚合物基体层，这往往会导致结垢。

相反，正向渗透是扩散驱动而不是压力驱动的过程。在正向渗透过程中，利用相当高浓度的溶液，即提取液，来产生跨膜的静水渗透压梯度，以从膜另一侧的原料液(如海水、盐水或任意废水)提取淡水。由于该过程利用自然渗透，所以需要很少的能量。

市售的正向渗透膜，通常由纤维素基聚合物制成，具有不理想的耐用性和性能。需要开发一种耐用且高效的正向渗透膜。

发明概要

本发明是基于一个意外的发现：即，一种耐用的薄膜复合(thin filmcomposite，“TFC”)膜，其既具有高的水通量又具有高的盐截留(saltrejection)，用于正向渗透应用。

本发明的一个方面涉及双层渗透膜，其包括支撑层和截留层。所述支撑层中包埋有网状物，由相分离聚合物制成。其厚度为50至200μm(例如，60-180μm、70-160μm和80-120μm)。截留层粘附在支撑层上，由TFC聚合物制成。其厚度为0.05至3μm(例如，0.06-1μm和0.1-0.5μm)。包埋支撑层中的网状物具有30％至70％的开孔面积(open area)(例如，40-70％和50-70％)、60-300目的网目尺寸(例如，90-250目和100-180目，根据美国筛制标准(U.S.Sieve Series Standards)测量)和45-150μm的厚度(例如，50-145μm和55-140μm)。

本发明的另一个方面涉及制备前述膜的方法。所述方法包括如下步骤：(i)将流延用聚合物施加在网上以形成包埋网状物的流延溶液层，所述流延溶液层含有5wt％至30wt％的聚合物和70wt％-95wt％的水混溶性溶剂；(ii)用凝结溶剂凝结所述流延溶液层以使流延溶液层转变为支撑层；以及(iii)通过界面聚合，用截留层涂覆支撑层的表面。涂覆步骤可以通过在支撑层表面上使多官能胺的水性溶液和多官能酰基卤的无水溶液反应来进行。

本发明的详细内容列于下面的说明书中。从说明书和从权利要求中，本发明其它的特征、目的和优点将是显而易见的。

发明内容

本发明提供了一种双层的渗透膜，其具有高水通量和高盐截留。除了正向渗透的应用之外，该膜还可以用在其它的应用中。特别地，该膜可用于渗透驱动的水净化和过滤、海水脱盐、被污染废水性溶液的净化和过滤、压力阻尼渗透(pressure-retarded osmosis)，以及低压驱动液体过滤。

所述膜包含两层，即，支撑层和截留层。

所述支撑层为膜的截留层提供支撑。其为高度多孔的，厚度为50-200μm。

这种微孔支撑膜可以具有沿膜横截面方向的非对称结构。更具体地，其可具有致密侧和多孔侧。

支撑层可由任意合适的聚合物制成。见J.Mulder的Basic Principlesof Membrane Technology(膜分离技术的基本原理)(第二版)；以及Handbook of Industrial Membrane Technology(工业膜技术手册)(M.C.Porter主编，William Andrew出版/Noyes 1990)。例如，支撑层可由相分离聚合物制成。相分离聚合物是一种在相分离过程中形成多孔膜的聚合物，所述相分离过程可以若干种方法引发(例如，通过改变温度和通过改变聚合物溶液的浓度)。浸入沉淀为相分离方法的一个实例，可用来制备本发明的膜。相分离聚合物的实例包括但不限于聚醚砜、聚苯砜、聚苯硫醚砜、聚丙烯腈、纤维素酯、聚苯醚、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinyledenefluoride)、聚氯乙烯、聚芳砜、聚苯砜、聚醚醚酮、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺及其组合。

支撑层包含包埋其中的网状物。所述网状物具有30-70％的开孔面积，60-300目的网目尺寸和45-150μm的厚度。所述网状物可以是织造单丝网状物或非织造织物网状物。织造单丝网状物的实例包括但不限于聚酯织造筛、聚丙烯织造筛、织造丙烯酸，织造尼龙筛及其组合。非织造织物网状物的实例包括但不限于聚酯、聚丙烯、聚烯烃共混物、聚酯-聚烯烃复合材料、尼龙及其组合。应注意，与用在反向渗透膜中的网状物不同，用在本发明的膜中的网状物是多孔的且具有高开孔面积。