[发明专利]高选择渗透性和抗菌性的聚酰胺复合反渗透膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种兼具高选择渗透性和抗菌性的聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法。该聚酰胺复合反渗透膜包括多孔超滤膜支撑层、芳香聚酰胺层和抗菌层；其中，芳香聚酰胺层覆盖在多孔超滤膜支撑层上，芳香聚酰胺层中掺杂纳米材料，且纳米材料裸露于聚酰胺层之外的部分通过共价键连接抗菌材料形成超薄抗菌层。本发明采用的纳米材料能提高膜的水通量，并为接枝反应提供接枝位点，在膜表面化学键合抗菌功能基团，而不改变聚酰胺主体材料的结构；硅烷偶联剂类抗菌材料中的硅氧基团与纳米材料中的氢氧根反应，硅烷偶联剂类抗菌材料接枝在膜表面，赋予混合基质膜抗菌性能，从而获得兼具高选择渗透性和抗菌性的反渗透膜，使膜保持长期高效地运行。

技术领域

本发明属于水处理膜技术领域，具体涉及一种兼具高选择渗透性和抗菌性的聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法。

背景技术

反渗透膜的性能决定海水或苦咸水淡化过程的运行成本，关系反渗透膜法水处理工艺的推广。目前芳香聚酰胺复合反渗透膜仍然是反渗透膜领域的主流产品，但由于芳香聚酰胺材料本身的性质，现阶段反渗透膜仍然存在着选择渗透性能低和易被微生物污染的问题。反渗透膜初始选择渗透性能由膜材料本身性质决定，在使用过程中，生物污染增加水的传递阻力，进一步降低膜的渗透性能。为了获得长期稳定的高性能反渗透膜，应同时提高反渗透膜的渗透性能和抗生物污染性能。

纳米材料的出现和发展为反渗透膜的进一步发展创造了条件，在优化膜结构和提高膜渗透性能方面展现出巨大潜力。单纯纳米材料掺杂能够显著提高反渗透膜的初始选择渗透性能，但是大多数纳米材料没有抗菌性或抗菌性不足，随着膜在运行过程中遭受微生物污染，膜分离性能严重下降甚至衰竭。如CN111282452A提供了一种高通量混合基质反渗透膜的制备方法，以聚砜超滤膜作为基膜，以间苯二胺为水相单体，以均苯三甲酰氯为有机相单体，以氨基化氧化石墨烯为有机相添加剂，以正己烷为有机相溶剂，采用界面聚合法制备得到混合基质反渗透膜；以氨基化氧化石墨烯作为有机相添加剂，成功解决了氧化石墨烯在有机相中的分散问题，制备得到的混合基质反渗透膜具有高通量和高盐脱盐率，亲水性还有一定提升；但该专利并未对膜表面的抗菌性提出解决方案，仍然存在膜使用过程中的细菌污染问题。如CN112516799A提供了一种混合基质反渗透膜的制备方法，通过化学接枝方法，使含有纳米银的坡缕石与KH550之间形成共价键来引入有机组分，调节其表面亲疏水性，以及带电特性以减弱聚集作用。在界面聚合制备反渗透膜过程中，在水相溶液掺入KH550改性坡缕石/纳米银材料，使膜具有良好的截盐率和水通量能力，以及较强的抗污染性能；但该专利中硅烷偶联剂与纳米材料的反应用于解决纳米材料的分散性问题，未涉及抗菌性问题。

为了获得长期稳定的高性能反渗透膜，在通过掺杂纳米材料提高初始选择渗透性能的基础上，应同时赋予膜抗菌性能。在膜表面接枝抗菌材料是提高抗菌性能的有效手段，然而常用的接枝方法中，抗菌材料与膜表面基团反应，破坏聚酰胺材料交联结构，造成选择渗透性能下降。如CN112473398A提供了一种高脱盐兼具抗污染的反渗透膜的制备方法，该反渗透膜包括支撑层和附于支撑层上的聚酰胺功能层；该反渗透膜先采用多元胺和多元酰氯进行界面聚合反，在支撑层上制得聚酰胺功能层，再在聚酰胺功能层上利用膜表面残留的多元酰氯与抗菌材料进行二次界面聚合，得到高脱盐兼具抗污染的反渗透膜；该专利通过聚酰胺基体表面残留的多元酰氯与抗菌材料进行键合，改变了聚酰胺本体材料的特征，使聚酰胺基体结构致密，水通量降低。

综上，目前所公开的技术方案中聚酰胺复合膜不能在满足高选择渗透性要求的同时，对抗菌性能同时进行改进。因此，如何在保证高选择渗透性的条件下，赋予聚酰胺复合反渗透膜抗菌性能，是待进一步解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具高选择渗透性和抗菌性的聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法。本发明将纳米材料和抗菌材料接枝有机耦合，解决了现有技术中聚酰胺复合反渗透膜选择渗透性偏低和易被微生物污染的问题，提供的聚酰胺复合反渗透膜兼具高选择渗透性和抗菌性能。