[发明专利]高通量半透膜

说明书

本发明总之涉及液体的净化，特别感兴趣的是包含不可接受量溶解盐的水（诸如海水、稍咸的水或硬水）的处理。通过使水通过一半透性反渗透膜，在其后留下不通过所述膜的杂物或盐，从而将这些水净化。该方法可用于硬水的软化，但迄今为止，要求用于开动分离过程的压力使得为该目的而采用反渗透并不具吸引力。

反渗透膜必须阻止高比例的溶解盐。另外，如果将氯气作为消毒剂加至水中的话，所述膜通常必须能耐氯气。特别重要的是，该膜以较低的压力通过较大量的水（即具有高通量）。

现已采用诸多已知的聚合材料来制造反渗透膜。尽管这些聚合材料中许多能阻止大部分的盐，但有一些不能提供足够高的水通量。

许多美国专利描述了可用于脱盐过程的各种膜，例如那些在美国专利4，830，885中列举和讨论的膜。

最早描述用于本发明的这种膜的专利之一是授予Scala等的美国专利第3，744，642号。

用于脱盐过程的半透膜一般都比较薄，从而可增加其通量。因此，膜通常在多孔载体上形成。Scala等建议，在一载体材料上使广范围的胺或双酚与酰基卤或磺酰卤反应以形成薄膜。这给复合体提供了强度。该载体应具有足够大的孔尺寸，从而使水（渗透）能通过载体，而不会减小全部复合体的通量。反言之，其孔尺寸不应太大，以致使薄半透膜不能跨过孔或趋于填住孔或穿入孔太深。Scala等建议，大于约8微米时，阻挡杂质的能力减小了。

美国专利第4，277，344提示了一种根据Scala等就地制得的反渗透膜，它是由多酰基卤和亚芳基多胺制得的。根据专利4，277，344，没有发现表面活性剂和酸接受添加剂的优点，最好在酸接受体不存在的条件下进行界面聚合反应。专利4，277，344号报道，所述膜包含许多具有结构式Ar（CONH-）₂COOH的部位，结构式中Ar代表多官能酰基卤的芳族环残基。本发明感兴趣的是，根据专利4，277，344，不应采用将载体材料溶解或塑化的用于多酰基卤的溶液。相应的是授予Kamiyama等的美国专利4，619，767，该专利说明，有必要防止将多孔基体溶解或使其溶胀的用于交联剂（例如酰基卤）的溶剂。

通常认为，如果采用用于载体材料的溶剂，载体的表面会破裂，并且难于产生一均匀的脱盐层（如果不是没有可能的话）。另外，人们通常认为，用于载体的溶剂的使用会使载体的孔结构不分明，从而增强了对流过载体的水的阻力，因而减小了其通量。由美国内政部资助的由缔约组织的报道中所述的海水脱盐的研究也支持了这个该领域技术人员普遍认为的观点。

在美国专利第4，830，885号中，揭示了一种改善的载体膜，其中在膜的制备中包括与胺溶液一起的多羟基化合物（它不溶解一般的载体材料）。所述多羟基化合物使通过膜的通量得到改进，同时保持了高的溶解盐阻挡率。

本发明通过采用能够溶解或使载体材料塑化的极性质子惰性溶剂，进一步改善了载体膜的性能。

本发明提供了改进的膜，它具有出人意料的改进的通量，并保持有效的阻盐作用以及对氯气和其他氧化剂的容忍性。

通常，所述膜是通过多酰基卤、多磺酰卤或聚异氰酸酯与多胺或双酚反应而形成的。所述膜最好包括来自脂族或芳族多胺与脂族或芳族多酰卤化物反应的反应产物，所述膜沉积于多孔载体材料之中或之上。该膜是在一种能够将多孔载体溶解或塑化的溶剂的存在条件下制备的，它能出人意料地使通过膜的水通量提高。

所述多胺较佳是一种芳族二胺，它最好是由间-苯二胺、对-苯二胺、邻-苯二胺、4-氯苯二胺和5-氯苯二胺构成的化合物组中的至少一种化合物。所述多酰卤化物较佳是一种芳族多酰卤化物，最好是由间苯二酰氯、均苯三酰氯、偏苯三酰氯和对苯二酰氯构成的化合物组中至少一种化合物。

上述能使载体材料溶解或塑化的溶剂较佳是一种极性质子惰性溶剂，它不会与胺发生反应，它最好是由N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二噁烷、吡啶、二甲基吡啶、甲基吡啶、四氟呋喃、环砜烷、环砜烯、六甲基磷酰胺、亚磷酸三乙酯、N、N-二甲基乙酰胺、乙腈以及N，N-二甲基丙酰胺构成的化合物组中的至少一种化合物。存在于多胺水溶液中的溶剂浓度为0.01至75%（重量），较佳为0.1-20%，最好为1-20%。