[发明专利]聚酰胺复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了聚酰胺复合膜及其制备方法和应用。本发明的聚酰胺复合膜，表面粗糙度明显低于传统的聚酰胺复合膜，减轻了膜易被污染的程度，提高了膜对盐的分离能力以及使用寿命。本发明的聚酰胺复合膜的制备方法，通过二胺溶液与均苯三甲酰氯溶液在聚合物支撑层表面的动态反应，解决了传统制备方法造成的膜表面粗糙度大的问题。本发明的聚酰胺复合膜，可以应用于海水淡化、盐湖提锂、污水处理、食品加工、膜生物反应器和冶金分离过程等领域。

技术领域

本发明属于渗透膜技术领域，具体涉及聚酰胺复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰胺薄层复合膜（Polyamide Thin Film Composite Membranes）是正渗透、反渗透、纳滤、微滤等膜分离过程中常用的一种聚合物膜，它包括多孔聚合物支撑层和致密的聚酰胺选择层。其中，多孔聚合物支撑层决定了水通量，而聚酰胺选择层的结构和致密性则决定了离子的选择性。

聚合物支撑层一般通过相分离法或静电纺丝法合成。采用相分离法制备的支撑层大多具有小孔或封闭孔结构，使得水分子传输阻力较大。此外，相分离法制备的支撑层，由于孔隙率低，水通量受到限制的同时聚合物也会堆积，不利于盐离子的扩散。如果盐离子进入膜中后不能快速的扩散，膜两侧的渗透压差会被降低，从而造成严重的内浓差极化。采用静电纺丝制备的支撑层为三维网络结构，具有孔隙率高，结构稳定，且制备方法简单的优势，这种三维网络结构可以起到增加水分子的传输通道和减小传质阻力的作用。

聚酰胺选择层通常是由水相中的多元胺和油相中的多元酰氯在聚合物支撑层表面发生界面聚合反应制备得到。相关技术中，是先用水相溶液对聚合物支撑层进行处理，晾干表面的水分后，再将油相溶液涂覆在晾干的膜上进行反应。然而，由于聚合物支撑层亲水性较差，水相溶液无法在聚合物支撑层的表面均匀铺展开，因此用水相溶液处理聚合物支撑层后，无法得到均匀平整的表面，影响了后续涂覆油相溶液反应后的膜表面的粗糙度。若先用油相溶液对聚合物支撑层进行处理，由于静电纺丝膜的多孔性和亲油性，油相溶液会直接浸透聚合物支撑层，由于多元胺微溶于有机相，若先用油相溶液处理再涂覆水相溶液，表面的油相溶液会完全挥发，导致水相中的多元胺无法和油相中的多元酰氯的反应。除此之外，反应产物氯化氢的存在还会使得反应过程中存在空腔，导致反应效率低，增加了制备完整的聚酰胺选择层的难度。因此，相关技术中，界面聚合的聚酰胺选择层通常都具有典型的峰-谷结构，膜表面的粗糙度大，结构疏松。而膜表面的粗糙度大，会使膜在工作过程中更容易被污染，降低膜的截留率及使用寿命。相关技术中，通过向水相溶液或油相溶液中加入添加剂或共溶剂，以此来增加胺单体向有机相的扩散，从而增加水相中的多元胺和油相中的多元酰氯的反应活性，然而，加入添加剂或共溶剂会在一定程度上降低复合膜的截留率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种聚酰胺复合膜，该聚酰胺复合膜的表面粗糙度Ra值小于80 nm，解决了传统的聚酰胺复合膜表面粗糙度大的问题。

本发明还提供了上述聚酰胺复合膜的制备方法。

本发明还提供了上述聚酰胺复合膜的应用。

本发明的第一方面提供了聚酰胺复合膜，包括聚砜纤维支撑层，以及形成于所述聚砜纤维支撑层表面的聚酰胺选择层，所述聚酰胺复合膜的表面粗糙度Ra值小于80 nm，所述聚酰胺复合膜的反向盐通量与水通量的比值小于0.025 g/L，所述聚酰胺选择层的厚度为10 nm~100 nm。

聚酰胺复合膜的表面粗糙度，指聚酰胺选择层表面的粗糙度。

根据本发明的一些实施方式，所述聚酰胺选择层的厚度为20~50 nm。

根据本发明的一些实施方式，所述聚酰胺复合膜的厚度为20~80 um。

本发明的聚酰胺复合膜，至少具有以下有益效果：