[发明专利]一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法。本发明的多孔聚合物支撑层和正渗透复合膜中的疏水性碳点，制备过程简单、成本低廉、可宏量规模化制备。疏水性碳点不溶于水或盐水，与聚合物及有机溶剂相容性好，在膜的制备过程中加入方法简单，能够容易地均匀分散在多孔支撑层和正渗透复合膜结构中，有效调节膜的孔道结构。本发明的正渗透复合膜稳定性好，水通量得到了显著提升，同时反向盐通量得到降低，提高了盐/水选择性的分离效果，缓解了内浓差极化。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法。

背景技术

正渗透过程(Forward Osmosis，简称FO)是以选择性分离膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从高水化学势区(原料液侧)通过选择性分离膜，向低水化学势区(汲取液侧)传递，而溶质分子或离子被阻挡的一种膜分离过程。FO是通过跨膜渗透压差，而不是通过外加压力(如反渗透膜过程)作为驱动力使水通过分离膜，最终会导致原料液的浓缩和汲取液的稀释。浓缩的原料液可以作为下一次FO的汲取液循环利用，而稀释的汲取液可以借助化学沉降、冷却沉降、热分解、热挥发等标准方法从中获取产品纯水，并使汲取液得到浓缩。与反渗透，纳滤和超滤等压力驱动技术相比，正渗透技术具有能耗低、操作简单、膜不易污染的特点，在海水淡化、污水处理、食品加工、冶金分离浓缩等领域具有广阔的应用前景。

发展高效的正渗透膜分离工艺的关键是开发具有高水通量和低盐通量的正渗透膜。典型的正渗透膜膜是一种包括多孔聚合物支承层，以及致密的聚酰胺活性层的薄层复合膜。其中，多孔聚合物支承层有助于水的高效传质和机械支撑，聚酰胺活性层有助于膜的选择性和盐截留。

伴随着渗透过程的进行，原料液侧膜表面处有溶质的积累，导致膜表面渗透压升高，从而使得有效渗透驱动力降低，同时汲取液侧膜表面处溶液被渗透过来的水稀释，水化学势显著增大，使FO膜两侧的有效渗透压低，产生外浓差极化。外浓差极化可以通过提高膜表面的流速和扰动来消除。当多孔支撑层朝向原料液侧时，溶质会在紧靠致密层的支撑层的孔内部得到积累，产生内浓差极化。而内浓差极化无法通过简单地优化流体动力学条件(如增加流速)来减轻或消除，是正渗透膜传质阻力的主要来源。

现有技术中，主要通过在支撑层中添加纳米材料作为填料，来减轻内浓差极化的影响。CN107174950A公开了一种氧化石墨烯改性的高性能正渗透复合膜及制备方法，该发明首先通过共混方式，将聚砜、氧化石墨烯、聚乙二醇、吐温和溶剂加入到烧瓶中，用相转化法制得氧化石墨烯/聚砜支撑层。然后利用界面聚合方式在支撑层表面复合聚酰胺活性层，得到氧化石墨烯/聚酰胺正渗透复合膜。CN105582816A公开了一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法，该方法先将氧化石墨烯在强极性有机溶剂中，超声分散制成均匀分散液，再将制膜原料的有机溶剂加入到分散液中制成铸膜液，再将铸膜液在真空干燥箱中充分脱泡后，倒在铺有支撑层的玻璃板上，刮膜干燥后得到正渗透膜。上述现有技术中，由于填料尺寸大，聚合物基体与氧化石墨烯、纳米氧化锌、纳米二氧化钛等填料的相容性差，难以对支撑层进行有效的改性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法。

本发明第一方面提供了一种疏水性碳点改性的多孔聚合物支撑层，所述的疏水性碳点改性的多孔聚合物支撑层中分布有疏水性碳点。

根据本发明的一些实施方式，所述的疏水性碳点的含量为5～15wt％。

根据本发明的一些实施方式，所述疏水性碳点的粒径为1～100nm。

根据本发明的一些实施方式，所述疏水性碳点的粒径为2～5nm。

本发明第二方面提供了一种正渗透复合膜，包括：

上述的疏水性碳点改性的多孔聚合物支撑层；以及，覆盖于所述疏水性碳点改性的多孔聚合物支撑层表面的活性层。