[发明专利]一种制备渗透汽化复合膜的方法

说明书

本发明涉及一种制备渗透汽化复合膜的方法，属渗透汽化膜分离技术领域。

制备性能优良的渗透汽化复合膜是渗透汽化膜分离技术的关键，也是整个膜技术秘密的核心。渗透汽化复合膜是由多孔的基膜(支撑层)上覆盖一层致密的分离层而成的。复合膜的分离层是无孔的均质膜，在渗透汽化过程中起分离作用；基膜通常为非对称的多孔超滤膜，对分离层起支撑作用。分离层和基膜一般用不同材料制造。复合膜对被分离组分的渗透通量主要由分离层的厚度来决定，膜的选择性也与分离层的厚度有关。所以，为了提高通量和选择性，分离层的厚度是应保证在支撑膜上均匀覆盖的条件下尽可能地薄。根据复合膜制备方法不同，分离层的厚度可以从0.1μm到几个μm。

用涂布法制备复合膜的过程是：将分离层材料配制成适当浓度的高分子溶液，经过过滤、脱泡后，用涂布、喷涂或浸渍等方法将其均匀地覆盖于基膜上，经过干燥、交联处理后制成复合膜。用涂布法制备复合膜的关键和难点是如何使致密的分离层薄而均匀、无漏点，且与基膜牢固结合。渗透汽化膜按其基本的分离性质与应用，可以分为优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜三种类型。优先透水膜的分离层是用含亲水性基团即亲水性好的高聚物做成。本发明所涉及的是一种优透水膜的制备，其中基膜是聚丙烯腈(PAN)多孔超滤膜，分离层聚乙烯醇(PVA)。

PVA材料有很强的亲水性。而聚丙烯腈大分子中由于链间强烈的氰基相互作用，使PAN分子链呈现不规则(曲折和扭转)的螺旋空间结构，从而使PAN中真正能吸引水分子的只有分布在膜表面的少数未形成氰偶极配对键和偶极性氢键的自由氰基，因此PAN基膜表面显示出了疏水性。这就使由PVA等亲水材料所制备的高分子水溶液的表面能比PAN基膜的表面能高。由于聚丙烯腈基膜表面的表面能低，具有不相容性，难于润湿和粘合。当用涂布法将PVA膜液(水溶液)在PAN基膜上进行涂布时，PVA膜液不能很好地润湿PAN基膜表面，使PVA分离材料无法均匀地铺展在基膜上，导致复合膜分离层出现不均匀露底小坑

由于复合膜分离层上出现不均匀的漏点，使膜的选择性大大降低，严重的甚至失去了分离效果。实践表明，这是防碍制备大面积重现性好的工业膜的一个技术难关。

本发明的目的是设计一种制备渗透汽化复合膜的方法，改善PVA分离层膜液与PAN基膜之间的润湿性，使分离层能够均匀地铺展在基膜表面，从而解决工业复合膜制备的关键技术。

本发明提出的制备渗透汽化复合膜的方法，包括下列步骤：

(1)基膜制备：将聚丙烯腈(PAN)溶解于二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺溶剂中，配制成含PAN为14～17％(wt)制膜液，经过过滤、脱泡后，流延在聚酯无纺布或涤纶编织布上，流延厚度为150～180μm，在0～8℃的水中凝胶后制成PAN多孔基膜。

(2)分离层膜液的配制：将PVA溶解于水中配制成5～8％(wt)的膜液，经过过滤、脱泡后备用。

(3)在分离层膜液中添加表面活性剂，按一定比例把表面活性剂加入第(2)步配好的分离层膜液中，制成含表面活性剂的分离层膜液。

(4)复合膜的制备：将配制好的含有表面活性剂的分离层膜液涂布在基膜上，涂布厚度30～50μm。凉干后即为所制的的复合膜。

(5)复合膜的处理可为以下方法中的任何一种：

(a)热处理：处理温度120～150℃，处理时间0.5～1小时，即为本发明的渗透气化复合膜。

(b)缩甲醛处理：甲醛水溶液中醛浓度为2～6％(wt)，处理温度为30～80℃，处理时间为1～2小时，即为本发明的渗透气化复合膜。

(c)戊二醛交联：戊二醛水溶液中醛的浓度为0.1～2％(wt)，处理温度为25～40℃，处理时间5～60min，即为本发明的渗透气化复合膜。

(d)马来酸酯化交联：按每mol的PVA单位加入0.02～0.05mol的马来酸，在120～150℃的温度下，反应0.5～1小时，即为本发明的渗透气化复合膜。