CN103071403B - 双脱盐层复合反渗透膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双脱盐层复合反渗透膜及其制备方法，所述双脱盐层复合反渗透膜包括：无纺布支撑层；多孔支撑层，所述多孔支撑层与所述无纺布支撑层相连；和聚酰胺脱盐层，所述聚酰胺脱盐层包括第一和第二脱盐层，其中所述第一脱盐层为疏松脱盐层，所述第二脱盐层为致密脱盐层，所述疏松脱盐层与所述多孔支撑层相连，所述致密脱盐层覆盖所述疏松脱盐层。根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜，将聚酰胺脱盐层由传统的一层变为两层，聚酰胺脱盐层的总厚度保持不变，两层聚酰胺脱盐层由疏松脱盐层和致密脱盐层构成，由于降低了致密脱盐层的厚度，可大幅度提高水通量，而脱盐率基本保持不变。

Description

双脱盐层复合反渗透膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种双脱盐层复合反渗透膜及其制备方法。

背景技术

反渗透膜广泛应用于水处理领域，特殊物料分离领域及药品生产领域。目前市场上使用的反渗透膜包括聚酰胺复合反渗透膜及醋酸纤维素反渗透膜。聚酰胺复合反渗透膜的市场占有率超过90%，具有非常广泛的应用。聚酰胺复合膜采用界面聚合的方法制成，根据原料的不同可分为芳香族聚酰胺复合膜，脂肪族聚酰胺反渗透膜。反渗透膜能够方便的制成卷式元件，便于设备模块化及自动化，能够应用于大型的水处理项目及分离提纯项目。由于反渗透膜操作压力较高，过滤通量较低，因此在工业应用中能耗较高。为提高反渗透膜的过滤通量及降低操作压力，很多公司及研究机构开展了大量工作，但效果并不显著。多数工作在提高反渗透膜水通量的同时不得不降低脱盐率，这种牺牲了脱盐率的反渗透膜在应用上受到一定限制。因此，开发一种能够在保证反渗透膜脱盐率的基础上提高过滤通量的反渗透膜制备方法具有重大的社会及经济效益。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种脱盐率高且水通量高的双脱盐层复合反渗透膜。

本发明的另一个目的在于提出一种根据上述实施例所述的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜，包括：无纺布支撑层;多孔支撑层,所述多孔支撑层与所述无纺布支撑层相连;和聚酰胺脱盐层，所述聚酰胺脱盐层包括第一和第二脱盐层，其中所述第一脱盐层为疏松脱盐层，所述第二脱盐层为致密脱盐层，所述疏松脱盐层与所述多孔支撑层相连，所述致密脱盐层覆盖所述疏松脱盐层。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜，将聚酰胺脱盐层由传统的一层变为两层，聚酰胺脱盐层的总厚度保持不变，两层聚酰胺脱盐层由疏松脱盐层和致密脱盐层构成，由于降低了致密脱盐层的厚度，可大幅度提高水通量，而脱盐率基本保持不变。疏松脱盐层在致密脱盐层与聚砜支撑层之间，可认为是比聚砜支撑层更加致密的支撑层，在致密脱盐层出现破损的情况下也能起到脱盐的作用，从而保证了脱盐率。

另外，根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述双脱盐层复合反渗透膜在2000ppmNaCl、25℃、PH值7.5、压力225psi条件下，脱盐率大于等于99%，水通量为1.8～2.0m³/m²*D。

根据本发明的一个实施例，所述多孔支撑层为聚砜支撑层。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法包括以下步骤：a）将质量百分比为0.5～2%的哌嗪或脂肪胺、0.5%的氢氧化钠以及0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第一混合溶液；b）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯、0.1～0.5%的间苯二甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第二混合溶液；c）将多孔支撑层浸入所述第一混合溶液，控制接触时间为第一预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第二混合溶液，控制接触时间为第二预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述多孔支撑层表面生成第一脱盐层；d）将质量百分比为1～4%的间苯二胺、0.5%的氢氧化钠、0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第三混合溶液；e）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第四混合溶液；f）将带有第一脱盐层的所述多孔支撑层浸入所述第三混合溶液中，控制接触时间为第三预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第四混合溶液，控制接触时间第四预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述第一脱盐层的表面形成第二脱盐层，得到所述双脱盐层复合反渗透膜。

根据本发明的一个实施例，所述第一至第四预定时间为2～10s。

根据本发明的一个实施例，所述表面活性剂为选自十二烷基苯磺酸钠、N-甲基吡咯烷酮或月桂基硫酸钠中的一种。

根据本发明的一个实施例，还包括步骤：g-1）将步骤f）中所得双脱盐层复合反渗透膜置于质量浓度为2～20%的酸溶液中浸泡1～30分钟；g-2）将步骤g-1）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后用纯水浸泡5～30分钟，取出后再用质量浓度为5～30%的甘油溶液浸泡1～10分钟；g-3）将步骤g-2）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后放入60～120℃的烘箱中干燥2～10分钟，得到双脱盐层复合反渗透膜的干膜。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面首先描述根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜包括：无纺布支撑层、多孔支撑层和聚酰胺脱盐层。具体而言，所述多孔支撑层与所述无纺布支撑层相连，所述聚酰胺脱盐层包括第一和第二脱盐层，其中所述第一脱盐层为疏松脱盐层，所述第二脱盐层为致密脱盐层，所述疏松脱盐层与所述多孔支撑层相连，所述致密脱盐层覆盖所述疏松脱盐层。

由此，根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜，将聚酰胺脱盐层由传统的一层变为两层，聚酰胺脱盐层的总厚度保持不变，两层聚酰胺脱盐层由疏松脱盐层和致密脱盐层构成，由于降低了致密脱盐层的厚度，可大幅度提高水通量，而脱盐率基本保持不变。疏松脱盐层在致密脱盐层与聚砜支撑层之间，可认为是比聚砜支撑层更加致密的支撑层，在致密脱盐层出现破损的情况下也能起到脱盐的作用，从而保证了脱盐率。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜采用两层聚酰胺脱盐层代替传统反渗透膜的单层聚酰胺脱盐层，通过控制两层脱盐层的相对厚度来达到提高通量和保持脱盐率的目的。避免了传统单脱盐层反渗透膜在提高通量时脱盐率降低的缺陷，脱盐层总厚度可以与传统单据酰胺层反渗透膜相同，因此脱盐层的耐清洗能力及使用寿命不会降低。与现有技术相比，双脱盐层反渗透膜可以在得到高通量的同时能够保持高脱盐率，生产工艺简单易行，能够减小反渗透系统的体积及能耗，在运行成本及系统维护方面具有较好的竞争力。

根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜通过接触时间及反应单体的浓度来控制脱盐层的厚度，在保证脱盐率的基础上大大提高了通量。根据本发明的一个实施例，所述双脱盐层复合反渗透膜在2000ppmNaCl、25℃、PH值7.5、压力225psi条件下，脱盐率大于等于99%，水通量为1.8～2.0m³/m²*D。

关于多孔支撑层的结构没有特殊限制，根据本发明的一个实施例，所述多孔支撑层为聚砜支撑层。所述聚砜支撑层及无纺布支撑层对于本领域普通技术人员来说，是可以理解并且容易实现的，因此不再详细说明。

下面具体描述根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法。

具体地，根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法包括以下步骤：

a）将质量百分比为0.5～2%的哌嗪或脂肪胺、0.5%的氢氧化钠以及0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第一混合溶液。

b）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯、0.1～0.5%的间苯二甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第二混合溶液。

c）将多孔支撑层浸入所述第一混合溶液，控制接触时间为第一预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第二混合溶液，控制接触时间为第二预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述多孔支撑层表面生成第一脱盐层。

d）将质量百分比为1～4%的间苯二胺、0.5%的氢氧化钠、0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第三混合溶液。

e）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第四混合溶液。

f）将带有第一脱盐层的所述多孔支撑层浸入所述第三混合溶液中，控制接触时间为第三预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第四混合溶液，控制接触时间第四预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述第一脱盐层的表面形成第二脱盐层，得到所述双脱盐层复合反渗透膜。

由此，可以制得根据本发明上述实施例的双脱盐层复合反渗透膜，并且该制备方法简单，耗时短，成本低廉。

关于第一至第一预定时间，可以根据需要进行合理调节。优选地，根据本发明的一个实施例，所述第一至第四预定时间为2～10s。进一步地，所述第一至第四预定时间为2～5s。

根据本发明的一个实施例，所述表面活性剂为选自十二烷基苯磺酸钠、N-甲基吡咯烷酮或月桂基硫酸钠中的一种。由此，该材料的表面活性剂材料来源广泛，容易获得而且制备成本低。

需要理解的是，关于将浸泡完成后将所述多孔支撑层取出干燥的方法没有特殊限制，可以采用自然晾干的方式，也可以采用烘箱等设备进行烘干。优选地，可以将浸泡完成后将所述多孔支撑层取出在30～80℃烘箱中干燥。由此，可以降低干燥时间，提高反渗透膜的制备效率。

为了进一步得到干燥的双脱盐层复合反渗透膜，根据本发明的一个实施例，还包括步骤：

g-1）将步骤f）中所得双脱盐层复合反渗透膜置于质量浓度为2～20%的酸溶液中浸泡1～30分钟。

g-2）将步骤g-1）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后用纯水浸泡5～30分钟，取出后再用质量浓度为5～30%的甘油溶液浸泡1～10分钟。

g-3）将步骤g-2）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后放入60～120℃的烘箱中干燥2～10分钟，得到双脱盐层复合反渗透膜的干膜。

由此，可以制得双脱盐层复合反渗透膜的干膜。

下面结合具体实施例描述根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜及其制备方法。

实施例1

（1）将质量百分比为0.6%的哌嗪、0.5%的氢氧化钠、0.1%的十二烷基磺酸钠溶解于纯水中，搅拌均匀得到第一混合溶液。

（2）将质量百分比为1.5%的均苯三甲酰氯、0.1%的间苯二甲酰氯溶解在ISOPARG中，搅拌均匀得到第二混合溶液。

（3）将聚砜支撑层浸入第一混合溶液，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，除去表面多余溶液后将聚砜支撑层浸入第二混合溶液，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，在50℃烘箱中干燥5分钟，在聚砜支撑层表面生成第一脱盐层。

（4）将质量百分比为2%的间苯二胺、0.5%的氢氧化钠、0.2%的十二烷基磺酸钠溶解于纯水中，搅拌均匀得到第三混合溶液。

（5）将质量百分比为0.2%的均苯三甲酰氯溶解在ISOPARG中，搅拌均匀得到第四混合溶液。

（6）将带有第一脱盐层的聚砜支撑层浸入第三混合溶液中，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，除去表面多余溶液后将聚砜支撑层浸入第四混合溶液，控制接触时间为3秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，在50℃烘箱中干燥5分钟。

（7）将（6）中所得反渗透膜置于质量浓度为10%的盐酸溶液中浸泡10分钟，取出后用纯水浸泡30分钟，再用质量浓度为10%的甘油溶液浸泡10分钟，最后将反渗透膜放入100℃的烘箱中干燥8分钟，得到双脱盐层复合反渗透膜的干膜。

将步骤（7）中所得反渗透膜在2000ppmNaCl、25℃、PH值7.5、压力225psi条件下测试，脱盐率为99.1%，水通量为1.8m³/m²*D。

实施例2

（1）将质量百分比为0.8%的哌嗪、0.5%的氢氧化钠、0.1%的十二烷基磺酸钠溶解于纯水中，搅拌均匀得到第一混合溶液。

（2）将质量百分比为1.3%的均苯三甲酰氯、0.2%的间苯二甲酰氯溶解在ISOPARG中，搅拌均匀得到第二混合溶液。

（3）将聚砜支撑层浸入第一混合溶液，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，除去表面多余溶液后将聚砜支撑层浸入第二混合溶液，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，在50℃烘箱中干燥5分钟，在聚砜支撑层表面生成第一脱盐层。

（4）将质量百分比为2.5%的间苯二胺、0.5%的氢氧化钠、0.2%的十二烷基磺酸钠溶解于纯水中，搅拌均匀得到第三混合溶液。

（5）将质量百分比为0.25%的均苯三甲酰氯溶解在ISOPARG中，搅拌均匀得到第四混合溶液。

（6）将带有第一脱盐层的聚砜支撑层浸入第三混合溶液中，控制接触时间为5秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，除去表面多余溶液后将聚砜支撑层浸入第四混合溶液，控制接触时间为2秒，浸泡完成后将聚砜支撑层取出，在50℃烘箱中干燥5分钟。

（7）将（6）中所得反渗透膜置于质量浓度为10%的盐酸溶液中浸泡10分钟，取出后用纯水浸泡30分钟，再用质量浓度为10%的甘油溶液浸泡10分钟，最后将反渗透膜放入100℃的烘箱中干燥8分钟，得到双脱盐层复合反渗透膜的干膜。

将步骤（7）中所得反渗透膜在2000ppmNaCl、25℃、PH值7.5、压力225psi条件下测试，脱盐率为99.2%，水通量为2.0m³/m²*D。

通过上述实施例可以看出，根据本发明实施例的双脱盐层复合反渗透膜可大幅度提高水通量，而脱盐率基本保持不变。并且改变了传统单脱盐层反渗透膜在提高通量时脱盐率降低的缺陷，脱盐层总厚度可以与传统单据酰胺层反渗透膜相同，因此脱盐层的耐清洗能力及使用寿命不会降低。与现有技术相比，双脱盐层反渗透膜可以在得到高通量的同时能够保持高脱盐率，生产工艺简单易行，能够减小反渗透系统的体积及能耗，在运行成本及系统维护方面具有较好的竞争力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种双脱盐层复合反渗透膜，其特征在于，所述反渗透膜包括：

无纺布支撑层;多孔支撑层；所述多孔支撑层与所述无纺布支撑层相连;和聚酰胺脱盐层，所述聚酰胺脱盐层包括第一和第二脱盐层，其中所述第一脱盐层为疏松脱盐层，所述第二脱盐层为致密脱盐层，所述疏松脱盐层与所述多孔支撑层相连，所述致密脱盐层覆盖所述疏松脱盐层，所述双脱盐层复合反渗透膜在2000ppmNaCl、25℃、pH值7.5、压力225psi条件下，脱盐率大于等于99%，水通量为1.8～2.0m³/（m²·d）。

2.根据权利要求所述的双脱盐层复合反渗透膜，其特征在于，所述多孔支撑层为聚砜支撑层。

3.一种双脱盐层复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

a）将质量百分比为0.5～2%的哌嗪或脂肪胺、0.5%的氢氧化钠以及0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第一混合溶液；

b）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯、0.1～0.5%的间苯二甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第二混合溶液；

c）将多孔支撑层浸入所述第一混合溶液，控制接触时间为第一预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第二混合溶液，控制接触时间为第二预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述多孔支撑层表面生成第一脱盐层；

d）将质量百分比为1～4%的间苯二胺、0.5%的氢氧化钠、0.1～1%的表面活性剂溶解于纯水中，搅拌均匀得到第三混合溶液；

e）将质量百分比为1～3%的均苯三甲酰氯溶解在烷烃混合溶剂ISOPARG中，搅拌均匀得到第四混合溶液；

f）将带有第一脱盐层的所述多孔支撑层浸入所述第三混合溶液中，控制接触时间为第三预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出，除去表面多余溶液后将所述多孔支撑层浸入第四混合溶液，控制接触时间第四预定时间，浸泡完成后将所述多孔支撑层取出干燥，使所述多孔支撑层表面的ISOPARG完全挥发，在所述第一脱盐层的表面形成第二脱盐层，得到所述双脱盐层复合反渗透膜。

4.根据权利要求3所述的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述第一至第四预定时间为2～10s。

5.根据权利要求3所述的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为选自十二烷基苯磺酸钠、N-甲基吡咯烷酮或月桂基硫酸钠中的一种。

6.根据权利要求3所述的双脱盐层复合反渗透膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

g-1）将步骤f）中所得双脱盐层复合反渗透膜置于质量浓度为2～20%的酸溶液中浸泡1～30分钟；

g-2）将步骤g-1）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后用纯水浸泡5～30分钟，取出后再用质量浓度为5～30%的甘油溶液浸泡1～10分钟；

g-3）将步骤g-2）中的双脱盐层复合反渗透膜取出后放入60～120℃的烘箱中干燥2～10分钟，得到双脱盐层复合反渗透膜的干膜。