[发明专利]一种高通量高截留的复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量‑高截留的复合膜，包括多孔聚合物基膜和分离层，其特征在于：所述基膜表面孔径为大约10‑100纳米的超滤膜，所述分离层是含有胺基聚合物颗粒的交联聚酰胺层，分离层厚度为50‑300纳米，分离层中所含胺基聚合物颗粒的直径为20‑80纳米。0.5兆帕跨膜压差下所得复合膜纯水通量可达220升/平方米小时，对硫酸钠截留达99.0％以上。本发明还涉及所述高通量‑高截留的复合膜的制备方法。该复合膜可用于纳滤和反渗透工艺，例如用于饮用水处理、海水淡化、工业废水处理以及生物医药分离等领域。

技术领域

本发明专利属于膜制造领域，涉及一种高通量-高截留的复合膜及其制备方法，并进一步涉及该复合膜在环保、水处理等领域的用途。

背景技术

纳滤膜是20世纪70年代发展起来的一类新型分离膜，膜表面带有电荷，具有荷电效应，其截留分子量介于反渗透和超滤之间，广泛应用于海咸水淡化、城市及工业污水处理、生物医药分离、提纯等方面。

目前最常用的纳滤膜制备方法是界面聚合法。该方法是以多孔支撑体为基膜，在此基膜表面先后涂覆两种反应活性很高的水相单体和有机相单体，让两种单体在两种互不相溶的溶剂界面发生聚合反应，从而在多孔支撑体表面形成很薄的功能分离层，制得纳滤膜。但是由于反应中反应单体活性高，反应速度极快(通常100秒内即可完成)而难以调控膜的分离性能，导致所得纳滤膜液体通量不高(一般10-20升/平方米小时巴)或者截留率不理想等问题。

《Science》(2018，360(6388)：518-521)报道了在界面聚合水相溶液中加入一定量的PVA，通过氢键与水相单体结合，提高水相溶液粘度，降低水相单体的扩散速率，在扩散驱动不稳定的条件下产生图灵结构制备高通量纳滤膜。

近年来，为了改进纳滤膜的分离性能，进一步提高液体通量和截留率，在界面聚合的工艺中，各种金属和金属氧化物纳米颗粒、碳基纳米材料、金属-有机框架材料、水通道蛋白和有机微/纳米颗粒被广泛应用于纳滤膜功能分离层的制备工艺中。例如，CN108515751A通过界面聚合将介孔氧化硅引入到聚酰胺分离层制备高通量复合纳滤膜。CN108889139A公开了一种基于界面聚合高效制备高通量共价有机骨架(COFs)纳滤膜的方法。颗粒材料的添加一方面由于纳米颗粒与分离层的材质差异导致纳米颗粒周围形成微孔隙而成为新的水通道，提高了纳滤膜的液体通量；另一方面纳米颗粒的添加通过提高纳滤膜表面粗糙度而提高了单位膜面积上有效分离层面积，从而提高液体通量。但是这些纳米粒子的添加并没有根本地改变分离层结构，导致纳米粒子的添加对膜结构调控有限，所得纳滤膜性能改善不明显。

针对现有技术的问题，本发明提供了一种高通量-高截留的复合膜，包括多孔聚合物基膜和分离层，其具有优异的分离性能和一定抗菌杀菌功能。根据界面聚合过程中所用的有机胺的不同，可制得复合纳滤膜和复合反渗透膜两类复合膜。本发明的纳滤膜可有效地用于一价二价金属离子分离、有机小分子物质的分离与浓缩等，例如自来水厂降低水质硬度、家用净水过滤、海水淡化、工业废水处理等领域。

发明内容

本发明提供了一种高通量-高截留的复合膜，包括多孔聚合物基膜和分离层，其特征在于：所述基膜表面孔径为大约10-100纳米的超滤膜，所述分离层是含有胺基聚合物颗粒的交联聚酰胺层，分离层厚度为50-300纳米，分离层中所含胺基聚合物颗粒的直径为20-80纳米。

所述聚合物基膜的材料选自聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜中的一种或多种。

所述胺基聚合物是指主链和/或侧链上含有胺基的聚合物，选自壳聚糖、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、α或ε聚赖氨酸、聚精氨酸中的一种，分子量为5万-20万道尔顿。