申请日2014.06.18
公开(公告)日2015.07.15
IPC分类号B01D71/56
摘要
本公开提供一种具有改善的脱盐率和渗透通量性质的水处理分离膜的制备方法，以及通过该制备方法制备的水处理分离膜，所述方法包括：在多孔支撑体上形成含有胺类化合物的水溶液层;通过使含有酰卤化合物和第一有机溶剂的有机溶液与水溶液层接触形成聚酰胺活性层;在聚酰胺活性层上涂覆挥发度比第一有机溶剂低的第二有机溶剂。
权利要求书
1.一种制备水处理分离膜的方法，所述方法包括：
在多孔支撑体上形成含有胺类化合物的水溶液层;
通过使含有酰卤化合物和第一有机溶剂的有机溶液与所述水溶液层接 触，形成聚酰胺活性层;
在所述聚酰胺活性层上涂覆挥发度比第一有机溶剂低的第二有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述聚酰胺活性层上涂覆所述 第二有机溶剂包括，通过在所述聚酰胺活性层上剩余的酰卤化合物和胺类化 合物的残留部分之间的额外的界面聚合反应形成聚酰胺。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一有机溶剂和第二有机溶 剂为非极性溶剂。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一有机溶剂在20℃下的蒸 汽压为5kPa至60kPa，所述第二有机溶剂在20℃下的蒸汽压为0.05kPa至 1.5kPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一有机溶剂是碳数为5至7 的烃类溶剂，所述第二有机溶剂是碳数为8至15的烃类溶剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一有机溶剂为选自戊烷、 己烷和庚烷中的至少一种，所述第二有机溶剂包括选自辛烷、壬烷、癸烷、 十一烷、十二烷和异链烷烃溶剂中的至少一种，所述异链烷烃溶剂是碳数为 8至15的烷烃混合物。
7.一种水处理分离膜，包括：
多孔支撑体;和
在所述多孔支撑体上形成的聚酰胺活性层，
其中，通过在所述多孔支撑体上形成含有胺类化合物的水溶液层，使含 有酰卤化合物和第一有机溶剂的有机溶液与所述水溶液层接触，然后涂覆挥 发度比第一有机溶剂低的第二有机溶剂，形成所述聚酰胺活性层。
8.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，所述第一有机溶剂在 20℃下的蒸汽压为5kPa至60kPa，所述第二有机溶剂在20℃下的蒸汽压为 0.05kPa至1.5kPa。
9.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，所述第一有机溶剂是碳 数为5至7的烃类溶剂，所述第二有机溶剂是碳数为8至15的烃类溶剂。
10.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，所述第一有机溶剂选 自戊烷、己烷和庚烷中的至少一种，所述第二有机溶剂包括选自辛烷、壬 烷、癸烷、十一烷、十二烷和异链烷烃溶剂中的至少一种，所述异链烷烃溶 剂是碳数为8至15的烷烃混合物。
11.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，在浓度为32,000ppm的 氯化钠(NaCl)溶液在800psi的压力条件下渗透通过所述水处理分离膜的情况 下，所述水处理分离膜的初始脱盐率为99.00%以上，初始渗透通量为34至40 加仑/ft2·天。
12.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，在浓度为2,000ppm的 次氯酸钠(NaOCl)水溶液渗透通过所述水处理分离膜12小时后，所述水处理 分离膜的脱盐率为98.00%以上，渗透通量为32至40加仑/ft2·天。
13.根据权利要求7所述的水处理分离膜，其中，所述聚酰胺活性层的 厚度为110至180nm。
14.一种水处理组件，包括至少一个权利要求7至13中任一项所述的水 处理分离膜。
15.一种水处理装置，包括至少一个权利要求14所述的水处理组件。
说明书
具有高脱盐率和高通量性质的聚酰胺水处理分离膜及其制备方法
技术领域
本公开涉及聚酰胺水处理分离膜及其制备方法，更具体地，涉及通过诱 导酰卤化合物和胺类化合物的残留的未反应部分之间的二次聚合反应而具有 改善的脱盐率和渗透通量性质的聚酰胺水处理分离膜。
背景技术
近来，由于全球范围内严重的水污染和水短缺，新型水资源和供水源的 研发作为一个紧急的问题摆在人们面前。研究水污染的目的在于处理生活用 水、商业和工业用水、多种家庭污水和工业废水等。使用具有节能优势的分 离膜的水处理工艺具有显著的意义。另外，近来环境法规执法的增强使得分 离膜技术超前活跃。在符合此类环境法规的要求上，传统水处理工艺可能达 不到要求，然而，由于分离膜技术可以保证优异的处理效率和稳定的处理工 艺，因此预期它们能够在将来成为水处理领域的领导技术。
液体分离方法可以分类为微滤法、超滤法、纳滤法、反渗透法、渗锡 法、主动运输法和电渗析法等。在这些方法中，反渗透法是使用半透膜使水 透过而盐不能透过的脱盐过程。当溶解有盐的高压水引入到半透膜的一个表 面上时，去除盐的超纯水可以在低压下通过半透膜的另一个表面排放出来。
近来，世界范围内，每天约有10亿加仑的水通过反渗透法进行脱盐处 理。自从首次使用反渗透进行脱盐处理在20世纪30年代公开以来，在其领域 对半渗透膜材料进行了大量的研究。此处，就商业可行性而言，不对称纤维 素膜和聚酰胺复合膜的研究变得非常突出。由于在反渗透膜技术发展的早期 阶段开发的纤维素膜的不利之处在于，它们具有相对窄的可操作pH范围，在 高温下易于变形，由于应用高压需要高运行成本，并对微生物敏感，因此近 来它们已经很少被使用。
同时，聚酰胺复合膜可以如下制备：在非织造织物上形成聚砜层来形成 微孔支撑体，将微孔支撑体浸渍于间苯二胺(mPD)水溶液中，以形成mPD 层，将mPD层浸渍于有机均苯三甲酰氯(TMC)溶剂中，或用其涂覆，以使 mPD层与TMC接触而进行界面聚合，由此形成聚酰胺层。非极性溶液和极性 溶液可以彼此接触，因而仅在界面处发生聚合，从而形成具有非常小的厚度 的聚酰胺层。与现有的不对称纤维素膜相比，由于聚酰胺复合膜相对于pH的 变化具有高稳定性，在低压下可操作，并具有优异的脱盐率，因此它们目前 主要用作水处理分离膜。
同时，此类水处理膜需要满足几个条件以用于商业目的，其中一个条件 是高脱盐率。商业上要求的水处理膜对咸水的脱盐率可以为至少97%以上。 水处理膜的另一个重要性质是在相对低的压力下使相对大量的水通过的能 力，即高渗透通量。然而，由于脱盐率和渗透通量性质之间存在对立关系， 因此制备具有优异脱盐率以及高渗透通量的水处理膜在实践中是不可行的。
此外，所提出的水处理分离膜的局限性在于，由于水处理分离膜的氯耐 受性随时间高度下降，膜的更换周期短。因此，为了降低水处理分离膜的氯 耐受性下降的程度，已经提出了一种提高活性层的比表面积的方法。未经审 查的日本专利公布No.H10-337454公开了形成活性层之后，将包括该活性层 的分离膜浸渍于酸性溶液中，以在其表层的表面形成不均匀性或褶皱，从而 提高膜的表层的比表面积。未经审查的韩国专利公布1998-0068304公开了一 种在制备出分离膜之后，使用高度酸进行后处理以提高分离膜的表面粗糙度 的方法。
然而，如未经审查的日本专利公布No.H10-337454所公开的，在将包括 活性层的膜浸渍于酸性溶液中的情况下，在膜的表面上可能存在负电荷，使 得带有正电荷的污染物质可以被吸附至膜上，从而导致膜渗透通量的下降。 因此，需要用电中性的聚合物进行单独的后处理工艺以涂覆膜的表面。
发明内容
技术问题
本公开的一个方面提供一种聚酰胺水处理分离膜，在聚酰胺活性层聚合 及形成之后，通过在聚酰胺活性层上涂覆具有低挥发度的第二有机溶剂的工 艺，诱导在聚酰胺活性层表面上剩余的酰卤化合物和胺类化合物的残留部分 之间二次聚合反应使所述聚酰胺水处理分离膜具有改善的脱盐率同时具有增 强的渗透通量性质。
技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种制备水处理分离膜的方法，所述方法 包括：在多孔支撑体上形成含有胺类化合物的水溶液层;通过使含有酰卤化 合物和第一有机溶剂的有机溶液与所述水溶液层接触形成聚酰胺活性层;以 及在所述聚酰胺活性层上涂覆挥发度比第一有机溶剂低的第二有机溶剂。
在聚酰胺活性层上涂覆第二有机溶剂可以包括，通过在聚酰胺活性层上 剩余的酰卤化合物和胺类化合物的残留部分之间的额外的界面聚合反应形成 聚酰胺。
第一有机溶剂和第二有机溶剂可以为非极性溶剂。
第一有机溶剂在20℃下的蒸汽压可以为5kPa至60kPa，第二有机溶剂在 20℃下的蒸汽压可以为0.05kPa至1.5kPa。
第一有机溶剂可以是碳数为5至7的烃类溶剂，第二有机溶剂可以是碳数 为8至15的烃类溶剂。
第一有机溶剂可以为选自戊烷、己烷和庚烷中的至少一种，第二有机溶 剂可以包括选自辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷和异链烷烃溶剂即碳数 为8至15的烷烃的混合物中的至少一种。
根据本公开的另一个方面，提供一种水处理分离膜，包括：多孔支撑 体;在所述多孔支撑体上形成的聚酰胺活性层，其中，通过在多孔支撑体上 形成含有胺类化合物的水溶液层，使含有酰卤化合物和第一有机溶剂的有机 溶液与所述水溶液层接触，然后涂覆挥发度比第一有机溶剂低的第二有机溶 剂而形成聚酰胺活性层。
在浓度为32,000ppm的氯化钠(NaCl)溶液在800psi的压力条件下透过水处 理分离膜的情况下，所述水处理分离膜的初始脱盐率可以为99.00%以上，初 始渗透通量为34至40加仑/ft2·天。
在浓度为2,000ppm的次氯酸钠(NaOCl)水溶液渗透通过水处理分离膜12 小时后，所述水处理分离膜的脱盐率可以为98.00%以上，渗透通量为32至40 加仑/ft2·天。
聚酰胺活性层的厚度可以为110至180nm。
根据本公开的另一个方面，提供一种包括至少一个上述水处理分离膜的 水处理组件，以及包括至少一个上述水处理组件的水处理装置。
有益效果
在使用具有高挥发度的第一有机溶剂聚合并形成聚酰胺活性层之后，在 聚酰胺活性层上通过额外涂覆低挥发度的第二有机溶剂导致二次聚合反应而 形成的具有聚酰胺活性层的水处理分离膜可以具有优异的脱盐率和高渗透通 量性质。