CN109078506B - 渗透膜及其制备方法和水处理设备 - Google Patents

渗透膜及其制备方法和水处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了渗透膜及其制备方法和水处理设备。该渗透膜包括：支撑层；活性层，所述活性层设置在所述支撑层的一个表面上，其中，所述支撑层的孔隙率不小于60.1％，且所述渗透膜的水通量不小于16.6L·m‑2·h‑1。该渗透膜的孔隙率高，在使用时内浓差极化问题较小，水通量高，渗透性能好，应用范围广泛。

Description

渗透膜及其制备方法和水处理设备
技术领域
本发明涉及环境科学技术领域，具体的，涉及渗透膜及其制备方法和水处理设备。
背景技术
渗透是水分子通过渗透膜扩散的现象。在渗透膜的两侧，水分子自其化学势较高的区域流至其化学势较低的区域，直至渗透膜两侧水分子的化学势相等，达到平衡状态。水分子在渗透过程中，常常会来不及扩散，导致渗透膜附近积聚大量的水分子，从而影响水分子继续由化学势较高的区域流至化学势较低的区域，这种现象称为浓差极化。由于渗透膜通常可由非对称的两层构成，浓差极化又可分为内浓差极化和外浓差极化。内浓差极化是指水分子会积聚在渗透膜内部两层之间界面的现象，外浓差极化是指水分子积聚在渗透膜与水之间的界面的现象。通常，内浓差极化相较于外浓差极化更加严重，其会导致渗透膜两侧的渗透压显著降低，严重影响渗透性能。
因而，现有的渗透膜的相关技术仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本发明的一个目的在于提出一种孔隙率高、在使用时内浓差极化问题较小、水通量高、渗透性能好、或者应用范围广泛的渗透膜。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种渗透膜。根据本发明的实施例，该渗透膜包括：支撑层；活性层，所述活性层设置在所述支撑层的一个表面上，其中，所述支撑层的孔隙率不小于60.1％，且所述渗透膜的水通量不小于16.6L·m-2·h-1。发明人发现，该渗透膜的孔隙率高，在使用时内浓差极化问题较小，水通量高，渗透性能好，应用范围广泛。
根据本发明的实施例，所述支撑层包括：多孔层；网状骨架，所述网状骨架设置在所述多孔层的内部。
根据本发明的实施例，所述多孔层包裹所述网状骨架。
根据本发明的实施例，形成所述多孔层的材料选自聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的至少一种，形成所述网状骨架的材料选自聚酯、玻璃纤维中的至少一种，形成所述活性层的材料选自聚酰胺中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述聚砜的重均分子量为20～30万。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的渗透膜的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供内部具有占位颗粒的预制层；去除所述预制层内部的所述占位颗粒，以便得到支撑层；在所述支撑层的一个表面上形成所述活性层，以便得到渗透膜。发明人发现，该方法操作简单、方便、容易实现，易于工业化生产，且制备所得的渗透膜孔隙率高，在使用时内浓差极化问题较小，水通量高，渗透性能好，应用范围广泛。
根据本发明的实施例，形成所述预制层的步骤包括：在网状骨架的外表面和网孔的至少之一中形成占位颗粒；在形成有所述占位颗粒的所述网状骨架的一个表面上浇注铸膜液；对浇注在所述网状骨架上的所述铸膜液进行相分离处理。
根据本发明的实施例，所述占位颗粒包括金属颗粒。
根据本发明的实施例，所述金属颗粒为微米铁颗粒。
根据本发明的实施例，在所述铸膜液中含有聚砜、二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮以及致孔剂，其中，所述聚砜的重均分子量为20～30万，质量百分含量为8～15％。
根据本发明的实施例，所述聚砜的质量百分含量为12％。
根据本发明的实施例，所述占位颗粒的粒径不大于30微米。
根据本发明的实施例，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为1：4～1：2。
根据本发明的实施例，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为1：3。
根据本发明的实施例，所述致孔剂为选自聚乙二醇、甲醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，基于所述铸膜液的总质量，所述致孔剂的质量百分含量为0.5～1.5％。
根据本发明的实施例，所述相分离处理的时间为5～15分钟。
根据本发明的实施例，去除所述占位颗粒是通过将所述预制层与盐酸溶液接触进行的。
根据本发明的实施例，所述盐酸溶液的浓度为0.5～1mol/L。
根据本发明的实施例，所述预制层与所述盐酸溶液接触的时间为30～120分钟。
根据本发明的实施例，形成所述活性层的步骤包括：将所述支撑层的一个表面依次浸入含有1,3-苯二胺的溶液和含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中。
根据本发明的实施例，在所述含有1,3-苯二胺的溶液中，1,3-苯二胺的质量百分含量为2～4％。
根据本发明的实施例，在所述含有1,3-苯二胺的溶液中，1,3-苯二胺的质量百分含量为3.5％。
根据本发明的实施例，在所述含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中，1,3,5-苯三酰三氯的质量百分含量为0.1～0.2％。
根据本发明的实施例，在所述含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中，1,3,5-苯三酰三氯的质量百分含量为0.15％。
根据本发明的实施例，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3-苯二胺的溶液中的时间为2～6分钟。
根据本发明的实施例，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中的时间为30～90秒。
根据本发明的实施例，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中的时间为60秒。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种水处理设备。根据本发明的实施例，该水处理设备包括前面所述的渗透膜。发明人发现，该水处理设备的净化效果好，应用范围广泛，且具有前面所述的渗透膜的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
附图说明
图1显示了本发明现有技术中的渗透膜的剖面结构示意图。
图2显示了本发明一个实施例的渗透膜的剖面结构示意图。
图3显示了本发明另一个实施例的渗透膜的剖面结构示意图。
图4显示了本发明又一个实施例的渗透膜的剖面结构示意图。
图5显示了本发明再一个实施例的渗透膜的剖面结构示意图。
图6显示了本发明一个实施例的制备渗透膜的方法的流程示意图。
图7a、图7b、图7c显示了本发明另一个实施例的制备渗透膜的方法的流程示意图。
图8显示了本发明一个实施例的制备预制层的方法的流程示意图。
图9a显示了本发明实施例1的预制层的扫描电镜照片。
图9b显示了本发明实施例1的支撑层的扫描电镜照片。
附图标记：
100：渗透膜101：死孔102：通孔11：预制层22：占位颗粒110：支撑层111：多孔层112：网状骨架120：活性层
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在相关技术中，渗透膜通常可由非对称的两层构成。参照图1，渗透膜100由支撑层110和活性层120组成，所述活性层120设置在所述支撑层110的一个表面上。其中，活性层120可视为水分子的全透膜。因此，支撑层110的结构就成为了影响所述渗透膜100渗透效率的重要因素。若支撑层110的孔隙率较高，水分子较易通过所述支撑层110，则内浓差极化对水分子的渗透效果影响较小；而若支撑层110的孔隙率较低，水分子较难通过所述支撑层110，则内浓差极化对水分子的渗透效果影响较大。因此，如何提高支撑层110的孔隙率是目前的研究热点之一。
然而，在目前的很多研究中，无论研究人员如何对制备渗透膜时工艺参数进行优化，即使可以使得渗透膜的孔隙率较高，在渗透膜使用时测得的水通量仍然不高，内浓差极化现象仍然较为严重。对于此，发明人对渗透膜100中的支撑层110的结构进行了大量深入的考察和研究，发明人发现，仅仅孔隙率的提高并不能使得渗透膜的水通量提高的原因在于：在支撑层110中存在大量的“死孔101”，所述死孔101(结构示意图参照图1)是指并不与支撑层110中的其他孔隙相连通的孔，在支撑层110中死孔101的量的提高并不能为水通量的提高作出贡献。因此，仅仅单纯的提高支撑层110的孔隙率，在该渗透膜100进行应用时，水通量仍然不高。在提高支撑层110一定孔隙率的前提下，只有提高所述支撑层110中通孔102的比例，相应的减少死孔101的比例，才能真正有效地提高该渗透膜100的水通量，从而改善该渗透膜100的渗透性能。
基于此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种渗透膜。根据本发明的实施例，参照图2，该渗透膜100包括：支撑层110；活性层120，所述活性层120设置在所述支撑层110的一个表面上，其中，所述支撑层110的孔隙率不小于60.1％，且所述渗透膜100的水通量不小于16.6L·m-2·h-1。发明人发现，该渗透膜100的孔隙率高，在使用时内浓差极化问题较小，水通量高，渗透性能好，应用范围广泛。
根据本发明的实施例，所述支撑层110的孔隙率不小于60.1％，在本发明的一些实施例中，所述支撑层110的孔隙率可达80.1％，同时所述渗透膜的水通量不小于16.6L·m-2·h-1，在本发明的一些实施例中，所述渗透膜的水通量可高达19.2L·m-2·h-1(需要说明的是，此处的水通量是指在1mol/L NaCl溶液作为汲取液，超纯水作为原料液的测试条件下，所测得的渗透膜的水通量)。由此，该渗透膜的孔隙率较高，同时其水通量亦高。由于仅仅孔隙率的提高不可能使得水通量高达16.6L·m-2·h-1，故在本发明的渗透膜100中，所述支撑层110中死孔的含量较少(需要说明的是，在图2中，仅示出了在本发明的渗透膜100中的通孔102；另外，图2中所示出的通孔102的数量、形状也不代表该支撑层110上实际通孔102的数量、形状，本领域技术人员应当理解，除图2的支撑层110上示出的通孔102以外，在该支撑层110上还存在其他未示出的通孔和死孔；同时，在所述渗透膜100中，所述通孔102也可能出现互相交叉的情况，只要在所述渗透膜100的左右两侧能够能形成通路即可构成所述通孔102)。
在本发明的另一些实施例中，参照图3至图5(需要说明的是，在图3至图5中，并未示出死孔和通孔的结构)，所述支撑层110还可以包括：多孔层111；和网状骨架112，所述网状骨架112设置在所述多孔层111的内部，所述网状骨架112既可以设置在所述多孔层111内部的远离所述活性层120的一侧(结构示意图参照图3)；也可以设置在所述多孔层111内部的靠近所述活性层120的一侧(结构示意图参照图4)。在本发明的又一些实施例中，所述多孔层111还可以包裹所述网状骨架112(结构示意图参照图5)。由此，所述网状骨架112可以对整个支撑层起到较好的支撑作用。
根据本发明的实施例，形成所述多孔层111的材料可以为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈。在本发明的一些实施例中，形成所述多孔层111的具体材料可以为聚芳砜。形成所述网状骨架112的材料可以为聚酯、玻璃纤维。在本发明的一些实施例中，形成所述网状骨架112的具体材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯。形成所述活性层120的材料可以为聚酰胺。在本发明的一些实施例中，形成所述活性层120的具体材料可以为由1,3-苯二胺和1,3,5-苯三酰三氯聚合形成的聚酰胺。由此，可以使得该渗透膜材料来源广泛、易得，成本较低，利于后续应用，且制备所得的渗透膜的渗透效果好。
根据本发明的实施例，所述聚砜的重均分子量可以为20～30万。在本发明的一些实施例中，所述聚砜的重均分子量可以为20万、25万、30万等。由此，可以使得本发明所述的渗透膜110的渗透效果好。
根据本发明的实施例，所述聚酯、所述聚酰胺的分子量不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。
根据本发明的实施例，所述渗透膜100的种类不受特别限制，既可以为正渗透膜，也可以为反渗透膜。由于正渗透膜的内浓差极化现象较反渗透膜来说更为严重，因此本申请的渗透膜在应用时作为正渗透膜可以更好地解决正渗透过程中的浓差极化问题，从而使得渗透效果更佳。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备渗透膜的方法。根据本发明的实施例，参照图6和图7a、图7b、图7c，该方法包括以下步骤：
S100：提供内部具有占位颗粒22的预制层11(结构示意图参照图7a)。
根据本发明的实施例，所述占位颗粒22只要为硬质颗粒即可，其具体种类不受特别限制，例如可以包括但不限于金属颗粒。在本发明一些具体的实施例中，所述占位颗粒22为金属铁颗粒。由此，材料来源广泛、易得，且成本较低。
根据本发明的实施例，所述占位颗粒22的粒径不大于30微米。在本发明一些具体的实施例中，所述占位颗粒22的粒径可以为5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米等。由此，所述占位颗粒22的粒径适中，不会过高而导致在去除所述预制层11内部的占位颗粒22后得到的支撑层110的结构相对不稳定，从而利于该渗透膜100的后续应用，同时不会过低导致所述占位颗粒22不易快速沉降，可以均匀的分散在所述支撑层110中。
在本发明的另一些实施例中，参照图8，所述S100还可以具体包括以下步骤：
S110：在网状骨架112的外表面和网孔的至少之一中形成占位颗粒22。
根据本发明的实施例，在此步骤中，既可以是在网状骨架112的外表面上形成所述占位颗粒22，也可以是在网孔(即网状骨架上面的孔)中形成所述占位颗粒22，还可以既在所述网状骨架112的外表面上形成所述占位颗粒22，也在所述网孔中形成所述占位颗粒22。
根据本发明的实施例，所述网孔的孔径可以为15～35微米。在本发明的一些实施例中，所述网孔的孔径可以具体为15微米、20微米、25微米、30微米、35微米等。由此，可以适于在所述网孔内形成所述占位颗粒22，利于后续应用，所述网孔的大小适中，既可以使得孔隙率较高，同时可以进一步减小所述渗透膜在应用时的内浓差极化现象。
根据本发明的实施例，形成所述占位颗粒22的方式不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。在本发明的一些实施例中，形成所述占位颗粒22的方式可以为在所述网状骨架112的外表面上涂覆并作压实处理，具体的，可以为：将所述网状骨架112用超纯水清洗干净，晾干后用胶带贴附在干净的玻璃板上；将所述占位颗粒均匀涂覆在所述网状骨架112表面并做压实处理，然后利用风刀去除多余的占位颗粒。由此，可以使得占位颗粒的厚度均匀，后续所形成的支撑层110的性能较佳。
根据本发明的实施例，所述占位颗粒22的用量不受特别限制。在本发明的一些实施例中，所述占位颗粒22的用量为0.025-0.05g。在本发明一些具体的实施例中，所述占位颗粒22的用量为0.025g、0.03g、0.035g、0.04g、0.045g、0.05g等。由此，所述占位颗粒22的用量适中，利于后续应用。
S120：在形成有所述占位颗粒22的所述网状骨架112的一个表面上浇注铸膜液。
根据本发明的实施例，在所述铸膜液中含有聚砜、二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮以及致孔剂。在本发明的一些实施例中，所述聚砜的重均分子量可以为20～30万，质量百分含量可以为8～15％。在本发明一些具体的实施例中，所述聚砜的重均分子量可以为20万、25万、30万等，所述聚砜的质量百分含量可以为12％。由此，所述聚砜的分子量适中，同时，含量也为最佳，可以使得该渗透膜在具备足够机械强度的前提下获得较高的渗透性能。
根据本发明的实施例，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比可以为1：4～1：2。在本发明一些具体的实施例中，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比可以为1：3。由此，可以使得后续进行相分离处理时具有合理的相分离参数，从而可以使得支撑层具有疏松多孔结构。
根据本发明的实施例，所述致孔剂的种类可以包括聚乙二醇、甲醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，或者可以包括以上几种的混合物。在本发明的一些实施例中，所述致孔剂可以为聚乙二醇、甲醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的混合物。基于所述铸膜液的总质量，所述致孔剂的质量百分含量可以为0.5～1.5％。在本发明一些具体的实施例中，基于所述铸膜液的总质量，所述致孔剂的质量百分含量可以为0.5％、1.0％、1.5％等。由此，在后续步骤中，在所述支撑层110中形成的孔的数量较多，可以进一步提高孔隙率，从而提高所述渗透膜100的渗透效果。
根据本发明的实施例，上述步骤可以具体为利用刮刀将铸膜液均匀地刮在形成有所述占位颗粒22的所述网状骨架112的一个表面上，所述刮刀的高度可以为100～150微米，具体的，可以为100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米。在本发明的一些具体的实施例中，所述刮刀的高度(此处刮刀的高度是指所述刮刀刀锋与所述表面间的距离)可以为150微米。由此，可以使得所述渗透膜100的厚度适中，浓差极化现象减小，同时可以使得所述支撑层110表面较为平整。
S130：对浇注在所述网状骨架112上的所述铸膜液进行相分离处理。
根据本发明的实施例，此处的相分离处理的目的是在所述网状骨架112的外表面形成多孔层111。在本发明的一些实施例中，所述相分离处理具体可以为：将浇注有所述铸膜液的所述网状骨架112浸泡在与形成所述多孔层111的材料不互溶但与所述铸膜液中的其他成分(如二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮以及致孔剂等)互溶的溶剂中，所述铸膜液中的其他成分与所述溶剂互溶，从而在所述网状骨架112外表面形成多孔层111。
根据本发明的实施例，所述相分离处理是在凝胶浴的环境下进行的。在本发明的一些实施例中，所述凝胶浴可以由1-甲基-2-吡咯烷酮的水溶液组成，所述1-甲基-2-吡咯烷酮的浓度可以为2～3.5％，例如可以为2％、2.5％、3％、3.5％。在本发明的一些具体实施例中，所述1-甲基-2-吡咯烷酮的浓度可以为3％。由此，可以使得后续进行相分离处理时具有合理的相分离参数，从而可以使得支撑层具有疏松多孔结构。。在本发明的实施例中，所述相分离的时间可以为5～15分钟，例如可以是5分钟、10分钟、15分钟等。由此，进行所述相分离的时间适中，既可以保证相分离完全，同时生产效率也较高，易于实现工业化。
根据本发明的实施例，在提供内部具有占位颗粒的预制层(S100)后，该方法还包括：
S200：去除所述预制层内部的所述占位颗粒，以便得到支撑层110(结构示意图参照图7b，需要说明的是，图7b中通孔102的形状仅为通孔102的示意图，并不代表通孔102的实际形状；另外，图7a中的多个占位颗粒22在所述支撑层110的内部形成占位颗粒22的团簇，较多的占位颗粒22在被去除后即可形成图7b中的通孔102的形状)。
根据本发明的实施例，去除所述预制层11内部的所述占位颗粒22的方式不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。在本发明的一些实施例中，去除所述占位颗粒22是通过将所述预制层11与盐酸溶液接触进行的。由此，操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且去除所述预制层11较为彻底。由于采用占位颗粒22先进行占位，多个占位颗粒22先在所述预制层11内形成团簇，相较于相关技术中的渗透膜，可形成更多的通孔102，以提高所述支撑层110中所述通孔102的比例，相应的降低所述死孔的比例，从而可以使得该渗透膜100的水通量高，渗透效果好。
根据本发明的实施例，所述盐酸溶液的浓度可以为0.5～1mol/L。在本发明一些具体的实施例中，所述盐酸溶液的浓度可以为0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L。由此，所述盐酸的浓度适中，既可以将所述占位颗粒22完全除去，也不会出现其他副反应从而破坏所述支撑层110的内部结构，同时用酸量较少、安全环保无污染。
根据本发明的实施例，所述预制层11与所述盐酸溶液接触的时间可以为30～120分钟。在本发明一些具体的实施例中，所述预制层11与所述盐酸溶液接触的时间可以为30分钟、60分钟、90分钟、120分钟等。由此，去除所述占位颗粒22所需的时间较短，生产效率较高。
S300：在所述支撑层的一个表面上形成所述活性层，以便得到渗透膜(结构示意图参照图7c)。
根据本发明的实施例，形成所述活性层120的步骤包括：将所述支撑层的一个表面依次浸入含有1,3-苯二胺的溶液和含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中。所述1,3-苯二胺和所述1,3,5-苯三酰三氯可以自发地发生聚合反应形成聚酰胺薄膜，从而形成活性层120。由此，该反应操作简单、方便，反应条件温和，易于实现工业化生产。
在本发明的一些实施例中，形成所述活性层120的步骤可以具体为：将所述支撑层110的一个表面浸入含有所述1,3-苯二胺的水溶液中持续一定的时间以后置于空气中进行沥干，然后将所述支撑层110的浸入含有所述1,3-苯二胺的水溶液的表面再浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的非极性有机溶液中持续一定的时间以后置于空气中进行沥干，形成聚酰胺薄膜，得到所述活性层120。在所述含有1,3-苯二胺的溶液中，1,3-苯二胺的质量百分含量为2～4％，具体可以为3.5％；在所述含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中，1,3,5-苯三酰三氯的质量百分含量为0.1～0.2％，具体可以为0.15％；将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3-苯二胺的溶液中的时间为2～6分钟，具体可以为4分钟；将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中的时间为30～90秒，具体可以为60秒。由此，可以使得活性层具有合适的交联度，进而使得该渗透膜既能保持较高的溶质截留率，又能保持较高的水渗透性能。
根据本发明的实施例，在将所述支撑层110的一个表面浸入含有所述1,3-苯二胺的水溶液中持续一定的时间以后置于空气中进行沥干的时间为5～15分钟，具体可以为5分钟、10分钟、15分钟；将所述支撑层110的浸入含有所述1,3-苯二胺的水溶液的表面再浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的非极性有机溶液中持续一定的时间以后置于空气中进行沥干的时间为50～180秒，具体可以为50秒、70秒、100秒、120秒、140秒、160秒、180秒。由此，既可以形成性能较好的活性层120，同时生产时间短，效率高，利于实现工业化。
在本发明的另一些实施例中，在形成所述活性层120以后，还可以对所述活性层120进行固化。所述固化的具体步骤可以为：将所述渗透膜100置于温度为85～95℃的超纯水中5～15分钟，其中，所述超纯水的温度可以具体为85℃、90℃、95℃，所述固化的时间可以具体为5分钟、10分钟、15分钟。由此，进一步使得该渗透膜100的性能更加稳定，利于实际应用。
在本发明的又一个方面，本发明提供了一种水处理设备。根据本发明的实施例，该水处理设备包括前面所述的渗透膜。发明人发现，该水处理设备的净化效果好，应用范围广泛，且具有前面所述的渗透膜的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，该水处理设备形状、构造、制造工艺等均不受特别限制，只要满足要求，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。且本领域技术人员能够理解，该水处理设备除包括前面所述的渗透膜以外，还包括常规水处理设备的结构，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，该水处理设备的种类不受特别限制，例如可以是电子水处理仪、电子除垢仪、软水机、净水机、超纯水设备、超滤设备等。
下面详细描述本发明的实施例。
实施例1
制备渗透膜的方法
将重均分子量为20万的聚砜溶解于质量比为1：3的二甲基甲酰胺与1-甲基-2-吡咯烷酮混合溶剂中，配置成聚砜的质量百分含量为12％的铸膜液；在室温条件下搅拌10小时，并置于干燥器中储存24小时；将网状骨架(材料为聚酯)用超纯水清洗干净，并用胶带粘贴于干净玻璃板上，将0.05g的占位颗粒22(本实施例中为铁颗粒，粒径为1微米)均匀涂覆于网状骨架表面并做压实处理，然后利用风刀吹掉多余的微米铁；用150μm的刮刀将干燥器中的铸膜液均匀的刮在网状骨架上以后，在室温条件下，迅速浸入质量百分含量为3％的1-甲基-2-吡咯烷酮的水溶液中进行相分离13分钟，得到预制层(扫描电镜照片参见图9a)。
将所述预制层用纯水清洗干净后浸泡于1mol/L的盐酸水溶液中120分钟，然后用纯水清洗干净，形成通孔102，得到支撑层(扫描电镜照片参见图9b)，测试支撑层的孔隙率为80.1％(测试方法：称重法：将支撑层用水浸湿，分别测量支撑层浸湿前的重量W干和浸湿后的重量W湿，将支撑层浸湿前后的重量差除以水的密度ρ水，即可得到支撑层空隙的体积V孔；支撑层的体积V膜可用支撑层面积S×支撑层厚度L计算得到，则孔隙率ε＝V孔/V膜＝(W湿-W干)/(ρ水SL)。
将所述支撑层的一个表面浸入质量百分含量为3％的1,3-苯二胺的水溶液中持续300秒后置于空气中沥干5分钟，然后将该表面浸入质量百分含量为0.15％的1,3,5-苯三酰三氯的非极性有机溶液中持续60秒，然后置于空气中沥干60秒，形成聚酰胺薄膜，得到活性层。于91℃的超纯水中固化10分钟，然后用蒸馏水彻底清洗，得到渗透膜。
测试方法：
将面积为S的渗透膜固定于测量池中间，在测量池一侧以纯水为原料液，在测量池另一侧以1mol/L NaCl为汲取液，在25℃条件下，利用分析天平监测时间段t内的原料液重量的变化W差，则水通量Jw可由公式Jw＝W差/St获得；同时利用电导率仪监测原料液电导率的变化，根据NaCl浓度与电导率的关系可得到原料液时间段t内NaCl的浓度变化，则盐反向通量可由下列公式获得：Js＝(CtVt-CoVo)/St，其中Ct为电导率变化后原料液中NaCl的浓度，Co为电导率变化前原料液中NaCl的浓度，Vt为电导率变化后原料液的体积，Vo为变化前原料液的体积。
测试结果：
该渗透膜的水通量为19.2L·m-2h-1，盐反向通量为4.5g·m-2h-1。
实施例2
制备渗透膜的方法
将重均分子量为20万的聚砜溶解于质量比为1：3的二甲基甲酰胺与1-甲基-2-吡咯烷酮混合溶剂中，配置成聚砜的质量百分含量为12％的铸膜液；在室温条件下搅拌10小时，并置于干燥器中储存24小时；将网状骨架(材料为聚酯)用超纯水清洗干净，并用胶带粘贴于干净玻璃板上，将0.025g的占位颗粒(本实施例中为铁颗粒，粒径为15微米)均匀涂覆于网状骨架表面并做压实处理，然后利用风刀吹掉多余的微米铁；用150μm的刮刀将干燥器中的铸膜液均匀的刮在网状骨架上以后，在室温条件下，迅速浸入质量百分含量为3％的1-甲基-2-吡咯烷酮的水溶液中进行相分离13分钟，得到预制层。
将所述预制层用纯水清洗干净后浸泡于1mol/L的盐酸水溶液中120分钟，然后用纯水清洗干净，形成通孔，得到支撑层，测试支撑层的孔隙率为60.1％(测试方法：同实施例1)。
将所述支撑层的一个表面浸入质量百分含量为3％的1,3-苯二胺的水溶液中持续300秒后置于空气中沥干5分钟，然后将该表面浸入质量百分含量为0.15％的1,3,5-苯三酰三氯的非极性有机溶液中持续60秒，然后置于空气中沥干60秒，形成聚酰胺薄膜，得到活性层。于91℃℃的超纯水中固化10分钟，然后用蒸馏水彻底清洗，得到渗透膜。
测试方法：同实施例1。
测试结果：
该渗透膜的水通量为16.6L·m-2h-1，盐反向通量为3.98g·m-2h-1。
对比例1
制备渗透膜的方法
将重均分子量为20万的聚砜溶解于质量比为1：3的二甲基甲酰胺与1-甲基-2-吡咯烷酮混合溶剂中，配置成聚砜的质量百分含量为12％的铸膜液；在室温条件下搅拌10小时，并置于干燥器中储存24小时；将网状骨架(材料为聚酯)用超纯水清洗干净，并用胶带粘贴于干净玻璃板上；用150μm的刮刀将干燥器中的铸膜液均匀的刮在网状骨架上以后，在室温条件下，迅速浸入质量百分含量为3％的1-甲基-2-吡咯烷酮的水溶液中进行相分离13分钟，得到支撑层，测试支撑层的孔隙率为54.27％(测试方法：同实施例1)。
将所述支撑层的一个表面浸入质量百分含量为3％的1,3-苯二胺的水溶液中持续300秒后置于空气中沥干5分钟，然后将该表面浸入质量百分含量为0.15％的1,3,5-苯三酰三氯的非极性有机溶液中持续60秒，然后置于空气中沥干60秒，形成聚酰胺薄膜，得到活性层。于91℃的超纯水中固化10分钟，然后用蒸馏水彻底清洗，得到渗透膜。
测试方法：同实施例1。
测试结果：
该渗透膜的水通量为12.57L·m-2h-1，盐反向通量为5.31g·m-2h-1。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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 (27)

1.一种渗透膜，其特征在于，包括：
支撑层；
活性层，所述活性层设置在所述支撑层的一个表面上，
其中，所述支撑层的孔隙率不小于60.1％，且所述渗透膜的水通量不小于16.6L·m-2·h-1，所述渗透膜是通过下列步骤形成的：
提供内部具有占位颗粒的预制层，其中，所述占位颗粒包括金属颗粒；
去除所述预制层内部的所述占位颗粒，以便得到所述支撑层；
在所述支撑层的一个表面上形成所述活性层，以便得到所述渗透膜。
2.根据权利要求1所述的渗透膜，其特征在于，所述支撑层包括：
多孔层；
网状骨架，所述网状骨架设置在所述多孔层的内部，形成所述预制层的步骤包括：
在所述网状骨架的外表面和网孔的至少之一中形成所述占位颗粒；
在形成有所述占位颗粒的所述网状骨架的一个表面上浇注铸膜液；
对浇注在所述网状骨架上的所述铸膜液进行相分离处理。
3.根据权利要求2所述的渗透膜，其特征在于，在所述铸膜液中含有聚砜、二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮以及致孔剂。
4.根据权利要求3所述的渗透膜，其特征在于，所述聚砜的重均分子量为20～30万，质量百分含量为8～15％。
5.根据权利要求3所述的渗透膜，其特征在于，所述聚砜的质量百分含量为12％。
6.根据权利要求3所述的渗透膜，其特征在于，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为1：4～1：2。
7.根据权利要求6所述的渗透膜，其特征在于，所述二甲基甲酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为1：3。
8.根据权利要求3所述的渗透膜，其特征在于，所述致孔剂为选自聚乙二醇、甲醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，基于所述铸膜液的总质量，所述致孔剂的质量百分含量为0.5～1.5％。
9.根据权利要求2所述的渗透膜，其特征在于，所述相分离处理的时间为5～15分钟。
10.根据权利要求2所述的渗透膜，其特征在于，所述多孔层包裹所述网状骨架。
11.根据权利要求2所述的渗透膜，其特征在于，形成所述多孔层的材料选自聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的至少一种，形成所述网状骨架的材料选自聚酯、玻璃纤维中的至少一种，形成所述活性层的材料选自聚酰胺中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的渗透膜，其特征在于所述聚砜的重均分子量为20～30万。
13.一种制备权利要求1-12中任一项所述的渗透膜的方法，其特征在于，包括：
提供内部具有所述占位颗粒的所述预制层；
去除所述预制层内部的所述占位颗粒，以便得到所述支撑层；
在所述支撑层的一个表面上形成所述活性层，以便得到所述渗透膜。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述占位颗粒为微米铁颗粒。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述占位颗粒的粒径不大于30微米。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，去除所述占位颗粒是通过将所述预制层与盐酸溶液接触进行的。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为0.5～1mol/L。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预制层与所述盐酸溶液接触的时间为30～120分钟。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，形成所述活性层的步骤包括：
将所述支撑层的一个表面依次浸入含有1,3-苯二胺的溶液和含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述含有1,3-苯二胺的溶液中，1,3-苯二胺的质量百分含量为2～4％。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述含有1,3-苯二胺的溶液中，1,3-苯二胺的质量百分含量为3.5％。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中，1,3,5-苯三酰三氯的质量百分含量为0.1～0.2％。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中，1,3,5-苯三酰三氯的质量百分含量为0.15％。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3-苯二胺的溶液中的时间为2～6分钟。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中的时间为30～90秒。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将所述支撑层的一个表面浸入含有1,3,5-苯三酰三氯的溶液中的时间为60秒。
27.一种水处理设备，其特征在于，包括权利要求1-12中任一项所述的渗透膜。
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