[发明专利]一种醋酸纤维素正渗透膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明一种正渗透膜，特别是涉及一种醋酸纤维素正渗透膜及其制备方法，属于高分子分离膜技术领域。

背景技术

人口的快速增长以及化石燃料的消耗使得水和能源成为世界上最重要的两种资源。水短缺和能源危机困扰着世界上的许多地区，据报道世界上超过12亿人缺乏干净健康的饮用水。膜分离技术常温操作、无相变，是很有前途的再生饮用水技术。

近年来发展起来的正渗透技术是一种利用渗透原理进行膜分离的技术，利用膜两侧溶液的渗透压不同使水分子自发的通过半透膜，从水化学势较高的原料液渗透到水化学势较低的汲取液中，可用于直接从海水中提取出淡水。目前唯一商品化的正渗透膜是美国HTI公司的三醋酸纤维素膜（CTA），它由活性致密层和聚酯支撑层构成，具有较高的膜通量和截盐率。

理论上，正渗透可用渗透压很高的汲取液来实现比反渗透更大的膜通量，然而研究发现实际膜通量远小于理论值，这是由于商品化的反渗透膜具有严重的不对称结构，活性层结构很致密导致正渗透过程中存在很严重的内浓差极化现象，导致有效的驱动压力显著减小，从而明显降低膜通量。由于内浓差极化存在于膜孔内，只有通过改善膜结构和膜性能来缓解，而内浓差极化正是正渗透膜通量大幅下降的根本原因，往往使膜通量降低80%。

目前针对内浓差极化现象，有效的缓解办法有增大支撑层孔径、采用亲水性物质制备支撑层或是制备双活性层。聚砜超滤支撑底膜具有指状结构，有利于降低内浓差极化现象，改性后的亲水性聚砜膜更能提高膜通量。利用亲水性的醋酸纤维素（CA）制备活性层，采用乳酸作为造孔剂制得的醋酸纤维素正渗透膜具有很高的截盐率和膜通量。

目前的发明专利中有对各种不同的成膜溶质和溶剂、添加剂等做了一些探索对比实验，采用的制膜方法都是用刮刀刮膜，制膜溶质有CA、CTA、醋酸丁酸纤维素等，他们实验方法比较复杂。例如专利号CN201210453553.3对多种添加剂和成膜溶质溶剂都做了探讨性试验，其所得到的膜在用去离子水作为原料液，1mol/L的氯化钠作为汲取液实验时所得到的通量都不是很高，最高能达13.12L/m².h,而且盐的返混通量能达3.32g/m².h。专利号CN201210137147.6中采用剧毒性的原材料，如多元胺溶液和多元酰氯溶液反应制模，在用纯水作为原料液，1mol/L的氯化钠溶液作为汲取液时，所制得的中空纤维膜的膜通量只达5.97L/m².h。专利号CN201310092067.8中先对聚砜改性制备亲水性的羧基化聚砜超滤膜，再在该超滤膜上原位聚合生成聚酰胺正渗透膜，该方法还是采用剧毒试剂间苯二胺和均苯三甲酰氯作为原料合成聚酰胺正渗透膜，不利于环保，而且在以2g/L的氯化钠作为原料液，2mol/L的葡萄糖作为汲取液的实验条件下，膜通量是13.9L/m².h，截盐率只达96.12%。专利号CN201210578252.3所制得的超薄双皮层正渗透膜它采用环境友好型的三醋酸纤维素、二醋酸纤维素作为成膜试剂，在用刮刀刮出来的膜厚达100um，当以0.1mol/L氯化钠作为原料液，4mol/L葡萄糖作为汲取液实验条件时，膜通量是12.8L/m².h，截盐率达96.8%。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种正亲水性好，膜通量高，截盐率好，机械性能好的醋酸纤维素正渗透膜。本发明的另一目的是要提供所述醋酸纤维素正渗透膜的制备方法。

本发明利所用的制膜溶质为简单的分子量在40000-50000的醋酸纤维素，溶剂为1，4-二氧六环和丙酮按一定比例混合的混合溶剂，添加剂为单一的甲醇，造孔剂选取了不同的物质，按一定的比例混合溶解均匀消泡后，采用了简单的浸渍法成膜，成膜厚度均匀，所得到的正渗透膜在正渗透实验中当采用相同的原料液和汲取液时，所能得到的膜通量达17.17L/m².h,截盐率达到99.999%以上，非常适合作为海水淡化所需要的正渗透膜。而且本发明中所制得的正渗透膜成膜后期若采用适当的后处理，如用不同浓度的非离子表面活性剂浸泡时更能明显提高膜通量。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种醋酸纤维素正渗透膜的制备方法，包括如下步骤：

1）配制原料：根据每3-5g醋酸纤维素加入20-40ml的丙酮、50-70ml的1，4-二氧六环、7-10ml甲醇的比例配置原料，并加入造孔剂5-10ml的乳酸或0.8-28g的氯化锌；