[发明专利]一种聚醚砜基复合正渗透膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离领域，具体为一种以聚醚砜为基膜的复合正渗透膜的制备方法。

技术背景

随着当今人口剧增，水资源短缺和能源危机已严重阻碍人们生活和经济发展。面临着日益短缺的水资源问题，水处理技术在近年来发展迅速，其中膜法水处理技术尤其是海水淡化技术，已经成为解决水资源短缺的重要途径。在膜法水处理中，反渗透一直是海水淡化的主要途径，但是反渗透的操作压力高，膜在高压条件下容易污染，开发新型膜技术与反渗透联用已经成为解决水资源短缺和能源危机的关键问题。

正渗透(FO)是利用自然渗透压为驱动力，将水由较高化学势一侧通过选择性透过膜到达较低化学势一侧的过程。该过程可以自然进行，无需外加压力，因此是一种节能环保、应用范围广的分离方式。正渗透膜是正渗透过程的核心，目前唯一商业化的为美国HTI公司的三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜，但是该膜在使用过程中存在渗透通量低、易水解、易生物降解等缺点。此外，薄层复合膜(TFC)也在正渗透领域有着广泛的报道，相对于CTA膜，TFC膜的设计可以透过分别调节基膜和分离层的性能得以实现，因此TFC膜具有更好的选择性、通量和稳定性。

在正渗透过程中，正渗透膜都存在不同程度的内浓差极化现象，使得渗透压低于理论值，导致渗透通量的下降。大量研究表明，内浓差极化现象主要取决于基膜结构。开发高性能的正渗透膜，必须降低其内浓差极化现象，即提高基膜的孔隙率和孔的贯通性，降低水在基膜中的传质阻力。

前期研究表明，可以通过在制备基膜加入不同的水溶性添加剂来获得高孔隙率和贯通性的基膜。其中，聚乙二醇具有良好的水溶性、稳定性和生物降解性，是一种性能优良的添加剂，但是传统的制备方法都是采用非溶剂致相分离法制备基膜。本发明采用聚醚砜为基膜材料，并利用复合热致相分离法制备高孔隙率和孔道贯通性的基膜，然后在聚醚砜基膜上界面聚合制备聚酰胺超薄分离层，共同构成复合正渗透膜。

发明内容

本发明的目的是，针对现有正渗透膜中，或存在渗透通量低、或亲水性差、或孔隙率低、或内浓差极化严重等问题，发明一种制备工艺简单，孔隙率高，渗透通量高的复合正渗透膜。

为了解决上述问题，本发明提供一种聚醚砜基复合正渗透膜的制备方法，主要技术方案如下：

本发明的复合正渗透膜中的聚醚砜基膜制备中，其成膜的铸膜液包括聚醚砜、聚乙二醇添加剂和溶剂三部分，优选聚乙二醇的结晶温度为20℃以上，一般为20-25℃，在20-25℃时可以由液态转化为固态，铸膜液发生热致相分离。

所述的复合正渗透膜中的聚醚砜基膜制备中，聚合物聚醚砜的分子量为20,000-90,000道尔顿。

所述的复合正渗透膜中的聚醚砜基膜制备中，添加剂聚乙二醇的分子量为2,000-20,000道尔顿。

一种聚醚砜基复合正渗透膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)铸膜液的配制

将溶剂、聚醚砜、聚乙二醇按照一定比例混合，并在50-70℃搅拌5-8h,将溶解后的均相溶液静置脱泡,得到澄清的铸膜液；

(2)涂敷

将步骤(1)的铸膜液均匀的倒在洁净的玻璃板上端，然后用刮刀由上到下刮涂一定厚度的铸膜液，玻璃板温度低于聚乙二醇结晶温度；

(3)热致相分离过程

让步骤(2)铸膜液在低温玻璃板上分相一定时间0-60s，铸膜液发生热致相分离(固-液相分离)；

(4)浸入凝胶浴成膜

最后将步骤(3)带有热致相分离铸膜液的玻璃板浸入去离子水中24h，使溶剂-非溶剂充分交换，得到聚醚砜基膜，将其放入亚硫酸氢钠溶液中保存备用；

(5)界面聚合法制备聚酰胺分离层

将步骤(4)制得的聚醚砜基膜放入制膜框架中(图1)，在聚醚砜基膜表面倒入水相间苯二胺溶液，浸泡60s后将表面的水相间苯二胺溶液倒出；再将油相均苯三甲酰氯溶液倒入基膜表面，浸泡30s；最后将膜从框架中取出，在60℃烘箱中处理300s，即得聚醚砜基薄层复合正渗透膜。

步骤(1)中的所述的聚乙二醇在铸膜液中的质量分数为5-20wt％，优选聚乙二醇质量分数为5-15wt％；

步骤(1)中的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)、一缩二乙二醇(DEG)中的一种或者两种以上的混合物；优选步骤(1)中所述的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和一缩二乙二醇(DEG)的混合物，质量比为DMAc：DEG＝1：1。