[发明专利]一种高性能复合正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能复合正渗透膜及其制备方法。主要解决了现有的正渗透膜不能同时具备高水通量和高盐截留率的问题。所述高性能复合正渗透膜包括无纺布支撑层、醋酸纤维素多孔底层、聚芳香酰胺致密分离层，所述醋酸纤维素多孔层位于无纺布支撑层、聚芳香酰胺致密分离层之间；所述聚芳香酰胺致密分离层由多于一个功能团的芳香胺和多于一个功能团的芳香酰氯通过界面聚合生成。本发明的高性能复合正渗透膜在维持聚酰胺层的高盐截流的条件下，结合了相转化法制备的含有大量亲水基团的醋酸纤维素多孔底层，保证了高水通量和高盐截留率。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种高性能复合正渗透膜及其制备方法。

背景技术

FO（Forward Osmosis）技术是一种化学位差或者渗透压引导的渗透驱动膜过程，具有低能耗、低污染、高回收等特点，急救水袋、航空航天、食品浓缩、制药、绿色能源、植物保护箱、海水淡化、硬水软化、工业废水等领域有着现实或潜在的应用前景。然而，由于缺乏高效的FO膜材料，极大地制约FO技术的发展。目前用于FO过程的膜材料都具有非对称结构，由薄的选择分离层和多孔支撑层组成，在FO过程中都存在外浓差极化和内浓差极化，尤其是内浓差极化，导致FO膜实际水通量远远小于理论水通量。通常情况下，外浓差极化发生在膜与溶液的界面处，可以通过增加流速等流体力学得以缓解；内浓差极化发生是FO过程所特有的现象，在FO过程中根据膜的取向，溶质在膜多孔支撑层内积累或稀释，形成浓缩和稀释的内浓差极化，极大的降低了膜两侧的有效渗透压差。内浓差极化发生在多孔支撑层内，难以通过改变外界条件而缓解。由于内浓差极化的产生，降低膜通量的同时溶质也逆向扩散到原液中，也降低了膜两侧的渗透压，进一步降低了膜通量，研究表明内浓差极化与膜多孔支撑层结构（孔隙率、孔弯曲度、膜厚度）以及膜材料本身的物理化学性质（亲疏水性、选择性）有很大的关系。支撑层厚度越小，孔隙率越高，孔弯曲度越小，亲水性越好，则膜结构参数则越小，内浓差极化越小。

现有的构建有机正渗透膜分离层的主要方法包含相转化法和界面聚合法：相转化法制备的醋酸纤维素基的正渗透膜，虽然有较高的通量，但是其盐阻隔性能太差；基于界面聚合制备的具有聚芳香酰胺分离层的正渗透膜，虽然有高的盐阻隔性能，但是由于使用了聚砜，聚偏氟乙烯等疏水的底层，其通量很低，不能满足实际应用的需求。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种高性能复合正渗透膜及其制备方法，主要解决了现有的正渗透膜不能同时具备高水通量和高盐截留率的问题，本发明的高性能复合正渗透膜在维持聚酰胺层的高盐截流的条件下，结合了相转化法制备的含有大量亲水基团的醋酸纤维素多孔底层，保证了高水通量和高盐截留率，同时还具有高机械强度，耐溶剂性，抗污染性，可以用于急救水袋、航空航天、食品浓缩、制药、绿色能源、植物保护箱、海水淡化、硬水软化、工业废水等领域。

本发明所采用的技术方案是：一种高性能复合正渗透膜，包括无纺布支撑层、醋酸纤维素多孔底层、聚芳香酰胺致密分离层，所述醋酸纤维素多孔层位于无纺布支撑层、聚芳香酰胺致密分离层之间；所述醋酸纤维素多孔底层为醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素中任意一种或两种质量比为1:1～1:4的混合物；所述无纺布支撑层为由聚酯、聚酰胺、聚烯烃或聚醚砜等所制备而成；所述聚芳香酰胺致密分离层由多于一个功能团的芳香胺和多于一个功能团的芳香酰氯通过界面聚合生成；所述多于一个功能团的芳香胺为间苯二胺、邻苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪或其衍生物中任意一种或两种质量比为1:1～1:4的混合物；所述多于一个功能团的芳香酰氯为均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、多元磺酰氯中的一种或任意两种质量比为1:1～1:4的混合物。

该高性能复合正渗透膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤（1）：将质量百分比为5-17%的醋酸纤维素加入到由二氧六环、丙酮、甲醇和乳酸组成的铸膜液溶剂中，在40-65℃条件下搅拌充分溶解，将溶解好的液体置于频率为20～100千赫兹、温度为10～50℃超声场中超声0.5～3小时，再静置3小时以上使其完全脱泡，即得制备好的铸膜液，备用；