[发明专利]使用氧化剂和还原剂提高TFC膜的水通量的方法

说明书

提供了用于制备高度可渗透薄膜复合膜的后形成方法，所述高度可渗透薄膜复合膜用于低能量条件下的反渗透，特别是用于半咸水。所述方法包括使TFC膜的聚酰胺区别层与包含氧化剂的溶液接触以形成经处理的膜，随后使经处理的膜与包含还原剂的溶液接触。所得到的膜在保持盐截留率的同时表现出提高的水通量。还提供了根据所述方法制备的反渗透膜、包括高度可渗透薄膜复合膜的模块、以及使用所述膜或模块净化水的方法。

技术领域

本申请要求于2016年3月03日向USPTO提交的美国专利申请第15/059,711号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及薄膜复合(TFC)膜，包括用于纳滤、反渗透或正向渗透例如以净化水(包括自来水、半咸水和海水)的膜；并且更特别地，涉及用于提高形成区别层之后的TFC膜的水通量，所述方法包括将膜的区别层暴露于包含氧化剂的溶液，随后将经处理的膜暴露于还原剂，由此在对膜的盐截留特性具有最小负面影响或者保持或改善膜的盐截留特性的同时提高水通量。

背景技术

薄膜复合(TFC)膜是具有连接在一起形成单个膜的不同材料的层的膜。这种分层结构允许使用优化膜的性能和耐久性的材料组合。

TFC膜用于纳滤膜、反渗透(RO)膜和正向渗透膜。这样的膜通常通过在多孔支撑膜上使非极性(例如，有机)相中的单体与极性(例如，水)相中的单体一起进行界面聚合来制备。在需要通量和显著的截留特性的情况下使用TFC膜，例如在水的净化中。在形成膜的区别层期间添加了多种材料和化学添加剂以增加通量而不降低截留特性。例如，美国专利第6,024,873号描述了在界面缩聚以形成区别层之前向水相或有机相中添加醇或醚以增加膜的水通量。美国专利第8,177,978号教导可以在界面缩聚以形成区别层之前向水相或有机相中添加二酮化物和金属添加剂以增加水通量。美国专利第8,567,612号、第8,801,935号和第8,029,857中描述了另外的添加剂。

存在据称通过在形成区别层之后处理膜来提高膜的水通量的方法。例如，美国专利第4,888,116号描述了用与伯胺基团反应形成重氮盐基团或重氮盐基团的衍生物的试剂的水溶液处理具有聚酰胺区别层的反渗透膜，这可以增加聚酰胺膜的水通量，且据称对膜的盐截留率有很小影响或没有影响。美国专利第3,551,331号描述了通过用质子酸、感胶离子盐或路易斯酸处理来改变聚酰胺膜的渗透性的方法。美国专利第3,904,519号描述了用交联试剂处理线性芳族聚酰胺以提高所得膜的通量或通量稳定性。

多个专利中公开了用氯或氯产生剂处理TFC膜以提高其性能。美国专利第4,277,344号描述了用包含100ppm次氯酸盐的溶液对聚酰胺膜进行后处理一天。美国专利第4,761,234号描述了在室温下在10.3的pH下用包含1000ppm残余氯的水溶液处理包含三氨基苯作为一种单体的聚酰胺TFC膜18小时。美国专利第5,051,178号描述了在6至13的pH下用100ppm至600ppm氯或氯产生剂处理通过涉及三胺混合物的界面聚合而获得的某些类型的聚酰胺TFC膜2分钟至45小时的时间段。这些专利证明用氯释放剂处理膜可以提高聚酰胺膜的水通量，但水通量的提高通常以膜的一些其他性能特性(例如稳定性或盐截留率)为代价。据称，美国专利第5,876,602号通过以下过程解决了这些缺点：在至少10.5的pH下用浓度为200ppm至10000ppm的次氯酸根离子处理复合聚酰胺反渗透膜30分钟至3小时的暴露时间，以提高水通量和盐截留率并增大对碱性条件的稳定性。

发明内容

技术问题

本领域中的一些建议方法成本过高以致于商业上无法实现。另外，反应可能在生产条件下难以控制，或者可能损坏膜或加工设备，或者膜的改善可能是短暂的，或者处理可能导致水通量增加，而随着时间推移牺牲盐截留率。

尽管许多商业聚酰胺膜可以表现出水通量、盐截留率和化学稳定性的优异组合，但仍在积极寻求具有改善的性能特性的膜。需要的是用于在形成区别层之后处理膜的另外的技术，其导致提高的水通量，同时保持或改善TFC膜的截留特性。

技术方案