[发明专利]表面改性分离膜和分离膜的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面改性膜以及为了实现该表面改性膜而对膜表面进行改性的方法，其中，为了提高膜的防垢性和耐化学性，对该膜的表面进行亲水性改性。

背景技术

在用于水处理的膜中，随着膜长期使用而发生膜结垢，并出现由于膜结垢以致水渗透流速降低以及由于长期运行而导致的安全性方面的问题。而且，这些问题还造成膜的总运行成本增加。

因此，为了减少膜结垢而使用了各种方法。用于减少膜结垢的典型方法的实例包括亲水性材料的表面涂覆方法和化学接枝法。

亲水性材料的表面涂覆方法的优点在于该膜在运行初期具有优异的防垢性，但其缺点是，在长期运行中或在对膜进行化学清洁以便持续使用该膜时，会发生涂层从膜脱落的现象。

此外，化学接枝法的优点在于与亲水性材料的表面涂覆方法相比具有优异的长期稳定性，但缺点是反应条件苛刻且难以获得大面积。

因此，可考虑开发对膜表面进行改性的技术，其可以克服现有技术的方法中存在的缺点并提高膜的性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种具有与现有技术的结构不同的结构的表面改性膜，以及对通过与现有技术方法不同的方法构造的膜表面进行改性的方法。

本发明的另外一个目的是提供对表面进行改性的技术，其具有用于各种支持体的优异的防垢性和长期稳定性。

为了实现这些及其他优点和根据本发明的目的，如本文中具体实施和宽泛描述的，提供了一种根据本发明的示例性实施方式的表面改性膜，其包括：膜；形成在所述膜的表面上以提高膜的防垢性和耐化学性的涂层，其中，该涂层包含：多巴胺，其以纳米级实现了所述涂层的厚度以抑制所述涂层涂覆前后的所述膜的渗透流速的下降，并对所述涂层提供粘附性，由此使所述涂层稳定地结合至所述膜；和亲水性材料，其通过包括氢键的次级键或交联键而结合至所述多巴胺以便抑制所述涂层的耐久性的劣化，并且向所述膜的表面赋予亲水性从而保护所述膜免受疏水性污垢物的影响。

根据本发明的示例性实施方式，通过交联键结合至所述多巴胺的所述亲水性材料为聚乙二醇(PEG)系材料，其包括聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)、聚(乙二醇)丙烯酸酯(PEGA)、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)和四(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(TEGDM)。

根据本发明的另一示例性实施方式，通过包括氢键的次级键结合至所述多巴胺的所述亲水性材料为具有两性氢供体或氢受体的水溶性分子。

根据本发明的另一示例性实施方式，通过包括氢键的次级键结合至所述多巴胺的所述亲水性材料为亲水性聚合物或儿茶酚胺系水溶性材料。

根据本发明的另一示例性实施方式，通过包括氢键的次级键结合至所述多巴胺的所述亲水性材料为聚(2-甲基丙烯酰氧乙基磷脂酰胆碱)(MPC)聚合物，或同时具有亲水性和亲油性的两亲性共聚物。

根据本发明的另一示例性实施方式，通过所述多巴胺实现的所述涂层可具有0.1nm～50nm的厚度。

另外，为了实现上述问题，本发明公开了一种对膜表面进行改性的方法。所述对膜表面进行改性的方法包括如下步骤：将表面待改性的膜引入反应器中；向所述反应器中加入混合溶液，所述混合溶液通过将亲水性材料添加到已调节至使多巴胺反应的pH范围的三羟甲基氨基甲烷缓冲液并搅拌所得混合物而形成；在预定的温度范围内向反应器中加入多巴胺和引发剂，所述引发剂诱导所述亲水性材料和所述多巴胺之间的交联键；以及在向所述反应器中注入氧的同时，于所述预定的温度范围内通过热交联在所述膜上形成所述多巴胺和所述亲水性材料混合的涂层。

根据本发明的另一示例性实施方式，所述引发剂选自由过氧化月桂酰、过硫酸铵、过硫酸钾和偶氮二异丁腈(AIBN)组成的组中的至少一种。

根据本发明的另一示例性实施方式，使所述多巴胺反应的pH范围为pH 8～pH 9，并且所述预定的温度范围为60℃～80℃。

根据具有上述设置的本发明，可通过用多巴胺和亲水性材料涂覆而在各种支持体上形成涂层。

另外，在本发明中，能够形成与单独涂覆多巴胺的涂层相似的纳米级涂层，并且可通过多巴胺的强吸附能力形成稳定的涂层。

另外，在本发明中，可通过与多巴胺交联或次级键合的亲水性材料而在膜上形成具有防垢性和长期稳定性的涂层。

附图说明

图1a是用于说明发生在膜中的膜结垢的概念图；

图1b是用于说明随着膜运行时间增加而水渗透流速因膜结垢而降低的图表；

图2是用于说明结垢膜的清洁技术的概念图；