[发明专利]复合膜及其制造方法

说明书

本发明涉及制造复合膜的方法，该方法包括用包含至少一种多胺和至少一种磷脂的混合物的水性悬浮液浸渍多孔膜基质的表面；和使浸渍的表面与含有单体的有机相接触，从而在浸渍的表面上沉积聚酰胺层。本发明还涉及复合膜，该复合膜包括至少一个具有纳米尺寸或微米尺寸的孔的多孔膜基质；和至少一个设置在多孔膜基质表面上的聚酰胺层，该聚酰胺层包含至少一种分散于其中的磷脂，并且其中该聚酰胺层是界面聚合产物。

优先权要求

本申请要求2020年4月2日提交的新加坡申请第10202003091Q号的优先权，其内容通过引用整体合并于此用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于水过滤的膜。特别是，本发明涉及复合膜及其制造方法。

背景技术

膜技术是各种工业和商业过程的组成部分，包括但不限于水回收、海水淡化、水净化、食品加工、制药行业的制造工艺以及医疗应用。膜技术的重要应用是产生清洁水或饮用水。提供饮用水通常涉及使用反渗透(reverse osmosis,RO)和/或纳滤(NF)膜。特别是在水净化/处理领域中，出于许多益处，通常优选使用具有高渗透性的膜。例如，使用高渗透性膜可使资本成本较低(例如，因为任何所需的渗透物输出水平需要较小的膜面积)，这又带来其他优点，例如由于膜设备的占地面积小而节省空间)，或者由于能够在较低的压力条件下运行而降低能耗。

RO膜和NF膜面临的共同挑战是，需要平衡对增加水分子渗透性的需求，同时保持可接受的溶质和/或离子截留率。

为了应对这一挑战，大多数薄膜复合(TFC)RO和/或NF膜都具有沉积在膜基质表面上、具有增强的膜透水性的选择性层。这样的选择性层可以包含纳米颗粒/水通道化合物。在一个实例中，仿生TFC膜包括蛋白质基水选择性通道，例如水通道蛋白(AQP)。观察到水通道蛋白的存在在保持稳定的脱盐水平的同时增加膜的亲水性。但是，这种膜的规模化或商业化存在很大障碍。例如，生物蛋白的生产是一项非平凡的努力，涉及宿主生物的蛋白表达，这对于控制是一个具有挑战性的过程。随后，可能需要进行一系列蛋白质纯化步骤，以便在掺入膜之前获得所需的蛋白质，与其他类型的RO/FO膜相比，这使得生产成本相对较高。

纳米复合膜还已经在实验室规模上进行了广泛的研究，用于水处理行业。此类膜通常涉及在膜中掺入纳米材料，以改变膜的物理化学特性，例如亲水性、孔隙率、电荷密度、耐久性等。例如，在制备用于水净化过程的混合基质膜时，已经将碳纳米管嵌入聚合物膜中。然而，这样的纳米复合膜也需要复杂的制造工艺，并且在操作时面临困难，这可能会阻碍这种膜的使用。在制造或操作这类纳米复合膜时遇到的典型困难包括，例如，纳米材料在聚合物基质中的分散性差，纳米颗粒的聚集导致膜表面缺陷，以及纳米材料潜在渗漏导致处理水的毒性和/或污染。

因此，需要提供替代性的制备旨在用于水处理或净化的膜的方法，该方法可以改善或避免上述问题。本公开的又一个目的是，提供由本文公开的方法制备的新型膜，并且该膜基本上不含生物蛋白，例如水通道蛋白。

发明内容

本公开的一个方面提供了制备复合膜的方法，该方法包括：a)用包含至少一种多胺和至少一种磷脂的混合物的水性悬浮液浸渍多孔膜基质的表面；b)使浸渍的表面与含有包含至少一个交联基团的单体的有机相接触，从而在浸渍的表面上沉积聚酰胺层，其中所述聚酰胺层包含分散于其中的磷脂，并且其中所述聚酰胺层是界面聚合产物。

本发明的另一方面提供了复合膜，该复合膜包括：至少一个具有纳米尺寸或微米尺寸的孔的多孔膜基质；和至少一个设置在多孔膜基质表面上的聚酰胺层，该聚酰胺层包含分散于其中的磷脂，并且其中聚酰胺层是界面聚合产物。

有利的是，观察到将磷脂掺入聚酰胺层中导致了膜选择性的出乎意料的和材料上的改善，同时没有损害其截留被处理的水中的溶质和杂质(例如盐)的能力。特别是，发现根据本公开制备的膜能够大幅提高其对水的渗透性，同时在约2巴的施加压力下保持盐(例如NaCl)截留率为至少90％或更高，或优选约95％或更高。