[发明专利]可消除内浓差极化的自支撑均相正渗透膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可消除内浓差极化的自支撑均相正渗透膜及其制备方法和应用。所述的自支撑正渗透膜是以聚恶二唑结构为骨架，通过含氨基单体修饰得到聚三氮唑/恶二唑类共聚物，并利用溶剂蒸发法制备无缺陷自支撑均相薄膜，并应用与正渗透中。本发明通过对铸膜液浓度，体积以及成膜温度等因素的调节，得到了不同性能的正渗透膜，选取合适的汲取液，完成了正渗透测试；与商用膜相比，本发明膜材料通量损失小，对染料浓缩时间明显缩短，运行效率显著提高；此外，本发明制得的自支撑均相正渗透膜还具有较好的稳定性、耐污染以及易清洗等优点，能够有效的实现正渗透要求。

技术领域

本发明属于正渗透膜制备技术领域，涉及一种可消除内浓差极化的自支撑均相正渗透膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着零排放概念的深入提出，废水有用物质的回收及再利用被越来越关注。现代工业生产中，尤其是染料的合成及应用过程中，高盐度染料废水的排放已经严重危害人类健康和生态环境，成为最具挑战性的废水。高盐度染料废水具有色度高、含盐率高(6％NaCl，5％Na₂SO₄)、pH波动性(1-14)大及毒性大(生物难降解)等特点，染料和盐的回收利用不仅可以显著降低染料的制备与盐的浪费，也可以大大降低废水对环境的污染与危害，可以初步实现零排放；但是很多印染废水处理工艺(如吸附、沉降、生物降解、氧化等)主要是除去染料或者破坏染料结构，很难达到染料与无机盐的重复使用与回收，因此需要寻找其他处理工艺来实现贵重或有害资源的回收或再利用。

目前膜法分离被用于印染废水的分离和回用，其中致密超滤膜、疏松纳滤膜以及正渗透膜经常被用在膜法分离印染废水中。对于染料，浓缩，重结晶都是提取的方法，但使用压力驱动型膜法(如纳滤)会损耗大量能量，对膜的损害也非常严重，所以非常有必要寻求友好的，先进的浓缩方法。

正渗透作为一种新兴的膜工艺，其依靠膜两端原液与汲取液间的渗透压差取代传统的泵压为驱动力，自发的诱导溶液的渗透；由于低压操作，高水回收率及较低污染(膜)等特点，这种渗透驱动的方式相比压力驱动型更有潜力。目前，正渗透过程中基本全部采用复合薄膜(TFC),TFC膜借助多孔基膜以获得足够的机械强度，通过界面聚合、沉积或者涂层等方法在基膜表面制备纳米薄膜。然而，由于非对称结构的存在，TFC膜的污染及浓差极化现象非常严重，尤其在染料废水的处理过程中，膜的污染以及严重的浓差极化，会形成较厚的滤饼层，对正渗透操作过程非常不利，降低了运行所需的渗透驱动力，需要频繁的中断操作进行膜清洗或者更换新膜，这大大提高了正渗透的运行成本，降低了运行效率；针对这些问题，自支撑均相薄膜由于其制造的简便性及结构的可控性非常适合用于正渗透过程中。去除支撑层的自支撑均相薄膜与传统的压力驱动膜 (NF,RO)或者非对称正渗透膜(TFC型)相比，能量消耗更低，膜的污染程度更低，可消除浓差极化现象，从而明显提高水通量，这种自支撑的均相薄膜在正向渗透中是特别有吸引力的，是一种具有巨大潜力的水处理膜。

发明内容

针对传统非对称正渗透膜(TFC)的内浓差极化、膜污染、清洗难以及耗能大等问题，本发明的目的是提供一类自支撑均相正渗透膜、制备方法及其应用。所述的膜利用聚合物自身性能，可以完全脱离支撑层，依靠自身性能，实现自支撑，并最终达到正渗透的要求。

本发明的技术方案如下：

制备自支撑均相正渗透膜的共聚物，所述的共聚物结构如下：

其中，“-X-”代表：-O-,-C(CF₃)₂-基团；“-Y”基团代表-COOH,-SO₃H，0m,n,o1。

上述共聚物的制备方法，包括将聚合物I溶于有机溶剂中，在一定温度下与含氨基单体反应，得到所述的共聚物的步骤，

进一步的，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。