[发明专利]具有光引发聚合物保护层的新型反渗透复合膜和制备方法

说明书

本发明描述了一种具有光引发聚合物保护层的新型多层反渗透复合膜和制备方法。所述的新型反渗透复合膜是由结构特征鲜明和功能分工明确的多层复合而成，具有优异的分离性能。第一层是基础层在最底部起支撑作用，提供优异的抗压和抗拉伸强度；第二层是过渡层，为分离层提供较致密而均匀的基底；第三层是分离层由界面反应形成的超薄致密层起分离作用；第四层是由光引发聚合形成的具有高分子三维网络结构的保护层，根据需要可以只带永久正电荷，也可以只带永久负电荷，也可以同时既带正电荷又带负电荷；所述保护层根据需要还可以是中性的不带任何电荷，既可以呈现极性亲水的也可以呈现非极性疏水的物理化学性质。

技术领域

本发明是关于反渗透复合膜及其制备方法，属于膜科学技术领域。

背景技术

自从1981年聚酰胺类反渗透复合膜问世以来，聚酰胺化学就成为反渗透复合膜的标志性化学组成。尽管第一个关于聚酰胺反渗透膜的专利早已过了保护期，但是，迄今为止，以聚酰胺为核心的反渗透复合膜仍然是主流产品, 关于如何在此基础上进行改进的研究仍十分活跃。Koehler等在2017年3月21日发布的美国专利US9597642B2中描述了以聚酰胺为基础的含有非金属添加剂的反渗透复合膜。该专利系统地描述了非金属添加剂对聚酰胺反渗透复合膜性能的影响，在通量方面有所改善。但在截留率方面没有任何改善，反而低于纯的聚酰胺反渗透膜。Roy等在2018年2月20日发布的美国专利US Pat. No. 9，895，666报道了在两个1，3，5-苯三甲酰氯单元之间引入具有苯磺酸基、羧基、双键等官能团来改善聚酰胺反渗透膜的性能，但所得到的结果没有达到预期的效果。美国Tomlinson等在2017年4月11日发布的美国专利US Pat. No. 9，616，392中报道了企图用在聚酰胺反渗透膜表面引入偶氮苯和间位酰胺基苯酚来用来改进膜的分离性能，但事与愿违，实际得到还不如目前市场上主流的反渗透膜性能好。 Na等在2017年2月28日发布的美国专利US Pat. No.9，579，608中报道了在聚酰胺反渗透膜表面引入多元氨基功能化的线性高分子，其侧链带季铵盐、磺酸基和同时代有正电荷和负电荷的侧链，试图来改进聚酰胺反渗透膜的分离特性，但结果不尽人意。Gleason等在2017年3月21日发布的美国专利US Pat. No.9，598，598中报道了用含有两性离子的接枝聚合物来修饰聚酰胺复合膜，发现在对膜的抗微生物污染有所改进，但在通量和截留率方面没有任何改进。Niu等在2017年5月2日发布的美国专利USPat. No.9，636，643中报道了用具有氨基保护基团的单体与均苯三甲酰氯界面聚合形成聚酰胺类反渗透复合膜。发现采用保护基团可以使用不同类型的氨基化合物作为聚合单体，虽然相较没有保护的间苯二胺单体，在化学方面有所不同，但对膜性能方面没有任何改进。诸如此类的尝试还有很多，这里就不一一列举了。在反渗透膜规模化生产的过程中,经界面聚合所得到的聚酰胺分离层是十分脆弱的,在膜组件的制备过程中,要把较坚硬的导流网放在较软的膜中间,难免对膜表面有不同程度的划伤,从而导致脱盐率下降。在使用过程中，流体中的颗粒物杂质也会对膜表面造成机械损伤和磨损。传统的办法是在室温下用聚乙烯醇水溶液涂在聚酰胺分离层表面，在高温下烘干固化，不仅导致了透过膜的水通量大幅度下降,而且随着时间的推移聚乙烯醇保护层逐渐流失,因为聚乙烯醇保护层是没有化学交联的，这些问题亟待解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用光引发聚合反应,为聚酰胺反渗透膜提供具有共价键交联的、亲水性的、三维网状结构的保护层。反应瞬间完成，操作简便，安全可靠，可在线连续生产与界面聚合同步，大大地提高了涂层性能和生产效率，同时也降低了成本。

涂层技术有多种，其中辐射涂层技术是一项节能环保新技术，用紫外光、电子束、等离子等辐射具有反应活性的涂层都可以使之发生聚合反应而固化，具有高效、实用、经济、节能、环保等优点，因此被誉为“绿色技术”。