[发明专利]一种汲取液侧表面电荷优化的正渗透基膜及其制备方法

说明书

本发明属于膜分离领域，具体涉及一种汲取液侧表面电荷优化的正渗透基膜及其制备方法。本发明制备方法包括：将膜浸入含有正电基团的改性单体溶液中，取出后将膜铺展在交联单体溶液的表面发生聚合反应生成交联聚合物，得到表面正电改性的膜。本发明通过改变膜表面的电荷性质和电荷强度，对特定的溶质离子产生电荷排斥，限制特定的汲取液溶质穿过膜进入到料液中，从而减小反向盐通量，提高正渗透分离性能，进而实现正渗透基膜表面电荷优化以调控正渗透性能。

技术领域

本发明属于膜分离领域，具体涉及一种汲取液侧表面电荷优化的正渗透基膜及其制备方法。

背景技术

正渗透(forward osmosis，FO)作为一种低能耗、高效率和可持续发展的膜分离技术，最近几十年来受到越来越多的关注，在海水淡化、废水处理和食品加工等领域具有很强的应用前景。在实际的FO过程中，汲取液会穿过膜进入到料液中，产生反向溶质通量，使得膜两侧的溶液浓度差减小，从而降低正渗透过程的驱动力，进一步使得水通量下降，降低FO分离性能。另一方面，由于内部浓差极化(ICP)现象的存在，也极大的降低了FO过程有效的驱动力，影响分离性能，限制了FO过程在实际水处理中的应用和推广。

目前ICP现象和反向盐通量问题仍然是正渗透膜分离领域中常见的问题。对基膜的改性可以有效缓解ICP带来的影响，例如对基膜的孔隙率，孔曲度，孔径分布和亲水性进行改性，可以有效减小FO过程的ICP，提升分离性能。而在减小反向盐通量方面，通常是对选择层进行优化，如增大选择层的交联度以提高其致密程度，从而提高溶质扩散的阻力，减小反向溶质通量。此外，文献(J.Mater.Chem.A,2019,7,632-638)公开了一种在PVDF膜表面生长疏水性SiO2以提高基膜表面的疏水性，增大对水的阻力，从而增大对汲取液对阻力，阻碍溶质穿过膜进入到料液的过程，减小反向溶质通量。但是上述两类改性方法，都在一定程度上增加了水的传质阻力，使得水通量下降。

CN111282456A公开了一种高效截留重金属的正渗透膜的制备方法，在基膜的一面上制备含有纳米颗粒的水凝胶，再采用酸性溶液刻蚀水凝胶中的纳米颗粒，得到一面负载有水凝胶的基膜，最后采用MPD和TMC在所述基膜的负载有水凝胶的一面上进行界面聚合反应形成皮层。该技术方案制备的高效截留重金属的正渗透膜的皮层表面电荷对重金属离子的静电排斥作用，提高皮层的亲水性，但未能调控膜表面的电荷性质和电荷强度，存在改进空间。

综上所述，现有技术仍缺乏一种控制表面电荷优化进而提高正渗透分离性能的正渗透基膜改性方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了电荷优化方法，将含有正电基团的改性单体与交联单体发生聚合反应生成交联聚合物，使得膜表面带正电荷，其目的在于，通过改变膜表面的电荷性质和电荷强度，对特定的溶质离子产生电荷排斥，提高正渗透分离性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种汲取液侧表面电荷优化的正渗透基膜的制备方法，其特征在于，将膜浸入含有正电基团的改性单体溶液中，取出后将膜铺展在交联单体溶液的表面发生聚合反应生成交联聚合物，得到表面正电改性的膜。

作为优选，将所述表面正电改性的膜浸入含有负电基团的有机分子溶液中，所述负电基团能够与所述正电基团能够发生反应，得到表面负电改性的膜。

作为优选，所述膜在表面正电改性前进行了碱处理，所述碱处理为将膜浸没在碱溶液中。

作为优选，所述膜将未进行表面电荷优化的一面进行了孔径改性处理，所述表面电荷优化指表面正电改性或表面负电改性，所述孔径改性处理为将膜浸入孔径改性溶液中，取出后将未进行表面电荷优化的一面铺展在交联单体溶液的表面发生交联反应。

作为优选，所述正电基团为氨基、脒基和胍基中的一种。

作为优选，所述改性单体为聚乙烯亚胺、哌嗪中的一种，所述交联单体为均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、丁二酰氯中的一种。