[发明专利]一种用于渗透汽化处理高含盐水的聚酰亚胺复合膜及制备方法

说明书

本发明属于海水淡化领域，具体涉及一种用于渗透汽化处理高含盐水的聚酰亚胺复合膜的制备方法，用真空水泵将MWCNTs‑OH填充至PAN底膜，然后采用界面聚合技术得到聚酰亚胺复合膜。制得的复合膜主要包括三层，第一层为具有分离功能的超薄聚酰亚胺分离层，第二层为真空抽滤填充的MWCNTs亚层，第三层为起支撑作用的有机多孔基膜层。该复合膜用于高浓度盐水的渗透汽化脱盐，具有较好的对盐水的截留率和水通量，通过渗透汽化对高浓度盐水的脱盐，降低了操作压力，减轻了脱盐过程对设备的损伤。

技术领域

本发明属于海水淡化领域，具体涉及一种用于高浓度盐水的渗透汽化脱盐的具有超薄分离层的聚酰亚胺复合膜及制备方法。

背景技术

随着世界人口和城市化进程的快速发展，水资源短缺已成为当今社会所面临的主要挑战之一。脱盐技术是解决问题的有效途径之一。与传统的蒸馏技术相比，膜技术因其高效率和潜在的能源节约而被普遍认为是脱盐最有吸引力的解决方案。当前最成熟、成本相对较低的海水淡化膜技术是反渗透(RO)。近年来，在处理高总溶解固体(TDS)和耐某些类型污染方面，人们发现渗透汽化(PV) 这一类非压力驱动的膜工艺更加具有吸引力。

PV作为一种膜分离方法，其潜在的脱盐的可能性已经引起人们越来越多的兴趣。虽然其在海水淡化中的应用较少，但PV已被证明是可行的并且具有用于淡化的一些优点。首先，PV对盐的截留率是相当好的，特别是对于单价盐，通常高于99％。其次，由于PV是一种相变过程，不需要克服盐水给水中的渗透压作为RO，因此PV可以处理高浓度的盐水，在同样条件下所需要的操作压力比 RO小的多。并且太阳能，地热能或工业废热等低品位热源可以有效地用于加热原料至一定温度时，通常在40-75℃范围内，PV海水淡化将更具竞争力。

目前还没有采用界面聚合技术制备MWCNTs/PI复合膜并将其用于渗透汽化处理高含盐水的相关报道。

发明内容

本发明专利提供了一种用于渗透汽化处理高含盐水的超薄聚酰亚胺纳米材料复合膜及其制备方法，该复合膜能够高效的对高浓度盐水脱盐，实现海水淡化，有效利用水资源。

本发明的聚酰亚胺复合膜由三层组成，第一层为具有分离功能的超薄聚酰亚胺分离层，第二层为真空抽滤填充的羟基官能化的多壁碳纳米管 (MWCNTs-OH)亚层，第三层为起支撑作用的有机多孔基膜层；其中，超薄聚酰亚胺分离层是通过界面聚合得到的，其厚度为：100～250nm，有机多孔基膜层为亲水化聚丙烯腈(H-PAN)膜。制备超薄分离层和将MWCNTs-OH引入纳米复合材料膜是关键因素。

本发明采用界面聚合技术在有机多孔基膜上反应生成聚酰胺酸并通过后续的亚胺化处理得到一层超薄聚酰亚胺分离层而获得聚酰亚胺复合膜。

真空抽滤填充的MWCNTs-OH亚层，提供了透过水的一个高效通道，提高了水通量；并且通过形成一层由碳纳米管组成的亚层，有效增强了膜的耐氯性能及抗污染性能，降低了溶剂对底膜的影响。通过界面聚合形成的聚酰亚胺分离层膜厚度比通过常规铸膜液涂覆法更薄，有效提供了对盐水的截留率和水通量。

一种界面聚合法制备聚酰亚胺渗透汽化膜的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：利用五氯化磷法制备均苯四甲酰氯(BTAC)：先将均苯四甲酸酐(PMDA)加入到烧瓶中，然后加入过量五氯化磷(PCl₅)，加热回流10h，再冷却至室温，减压蒸馏除去产物中多余的PCl₅和副产物三氯氧磷(POCl₃)，加入二氯甲烷溶解并重结晶，得到纯的均苯四甲酰氯；

步骤(2)：配制氢氧化钠溶液，并浸泡聚丙烯腈(PAN)膜1h得到亲水化聚丙烯腈膜(H-PAN)；