本发明属于海水淡化的技术领域，提供了一种用于海水淡化的脱盐反渗透膜及制备方法。
背景技术
当今社会，水危机的日益严重制约着人类社会的发展。众所周知，目前地球上的水资源中海水占了97.2%，而淡水资源仅占2.8%，淡水资源缺乏的矛盾日益明显，无论是怎么节约用水都是在消耗淡水资源，这不是解决问题的根本方法。因此，海水淡化作为新能源发展前景良好，海水淡化发展得当必会在不久的将来解决全球淡水危机。
海水淡化是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，目前应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。
传统的海水淡化用反渗透膜均是采用溶质与溶剂向混合，并溶解分散均匀后，再向其中加入聚合物采用，再将聚合物材料置于处理剂中处理，进而在表面形成一层脱盐层，但对脱盐层的具体处理以及如何调整较优，才能够增大其通量，或者增大通量之后，如何改善渗透水的质量，降低应用过程的能耗技术问题一直没有得到解决；进而使得在现有技术中的反渗透膜，有的具有高脱盐率、但其通量较低，导致能耗较大；有的具有高通量，但其脱盐率较低，导致渗透水质量较差，进而使得反渗透膜在高通量与脱盐率上形成一个矛盾的问题，但是这两个矛盾的技术效果是存在一个较优的平衡点，即既能够确保脱盐率较高的同时，反渗透膜的通透量也较大，进而降低反渗透膜应用的能耗。
目前国内外在海水淡化技术，尤其是用于海水淡化的反渗透膜方面已取得了一定成效。其中梁松苗等人发明了一种纳米结构高通量海水淡化反渗透膜及其制备方法（中国发明专利申请号201410455236.4），通过聚合物支撑层的制备和天然纳米晶体接触以及制备脱盐层或聚合物支撑层的制备和制备脱盐层等步骤，调整纳米结构高通量海水淡化反渗透膜制备过程中的工艺参数，以及聚合物支撑层与天然纳米晶体进行结合，再与活性油相单体在活性亲水性稳定剂存在的条件下，能够准确定向的形成高通量的脱盐层，进而提高了海水淡化反渗透膜的水通量，降低了应用过程中的能耗，具有显著的环保价值；并且对原料物质的用量以及加入顺序进行控制，使得纳米结构高通量海水淡化反渗透膜的制作成本低廉，具有显著的经济效益。另外，马洪洋发明了一种新型海水淡化反渗透膜及其制备方法（中国发明专利申请号201711104102.8），将带有取代基的间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺单体与均苯三甲酰氯单体，通过界面聚合反应，制备出具有新结构和新功能化的海水淡化膜，使之具有耐氯、抗污染、耐溶剂等多重功能，并用于高效海水淡化、苦咸水脱盐、硬水软化等各个领域。
可见，现有技术中的用于海水淡化的反渗透膜的性能受制备工艺的限制，目前的制备工艺很难对反渗透/纳滤膜的内部空隙或纳米孔隙进行控制，因而在聚合物链之间存在少量孔隙，同事传统聚合物制造的膜材料随着脱盐率的增加，水通量降低，反之亦然，进而影响了海水淡化效果，限制了进一步发展应用。
技术实现要素：
针对这种情况，我们提出一种用于海水淡化的脱盐反渗透膜及制备方法，显著提高了反渗透膜的水通量，并且吸附性能和脱盐率高，海水淡化效果好。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种用于海水淡化的脱盐反渗透膜的制备方法，其特征在于，在界面聚合制得聚酰胺脱盐层中，将微孔金属铁纳米粒子加入,并利用高频交变磁场在聚酰胺脱盐层内形成纳米通道，制得高通量的反渗透膜，制备的具体步骤如下：
（1）将微孔金属铁纳米粒子和分散剂加入循环式气动混合机中分散，制得复合多孔材料；
（2）将步骤（1）制得的复合多孔材料分散于间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有酰基氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；
（3）在界面聚合的反应过程中，通过施加高频交变磁场使微孔金属铁纳米粒子在聚酰胺脱盐层内往复运动而构筑出众多纳米通道；
（4）干燥固化聚酰胺脱盐层，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
优选的，步骤（1）所述各原料的重量份为，微孔金属铁纳米粒子20~30重量份、分散剂7~8重量份。
优选的，步骤（1）所述微孔金属铁纳米粒子的粒径小于10纳米。
优选的，步骤（1）所述分散剂为硬脂酸。
优选的，步骤（2）所述各原料的重量份为，复合多孔材料10~20重量份、间苯二胺35~45重量份、酰基氯化物35~55重量份。
优选的，步骤（2）所述酰基氯化物为9,12-十八碳二烯酰基氯化物、月桂酰肉桂碱氯化物中的一种。
优选的，步骤（3）所述高频交变磁场的磁场强度为15~20ka/m，频率为10~20khz。
优选的，步骤（4）所述干燥的温度为70~80℃，时间为20~30h。
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。反渗透膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于反渗透膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。因此，要提高脱盐效率及脱盐率，可采用在脱盐层内形成有效通道的办法。而常规方法中，纳米多孔材料在脱盐层内随机分布，难以形成有效通道。因此，本发明通过加入微孔金属铁纳米粒子，在脱盐层形成过程中，通过施加磁场，使微孔金属铁纳米粒子运动，从而形成数量众多、高度取向的纳米级通道，提高脱盐率。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的用于海水淡化的脱盐反渗透膜。
该方法通过界面聚合制得聚酰胺脱盐层过程中，加入微孔金属铁纳米粒子，在聚合物逐步形成过程中，利用高频交变磁场在脱盐层内形成纳米通道，制得高通量的反渗透膜。与传统方法相比，本发明的制备的高脱盐率反渗透膜，通过在膜材料中构筑形成数量众多、高度取向的纳米级通道，借助简化工艺提升了反渗透膜的通量，并且提升了吸附性能和脱盐率，在海水淡化领域具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种用于海水淡化的脱盐反渗透膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的高脱盐率反渗透膜，在海水淡化领域具有广阔的应用前景。
2.本发明的制备方法，将微孔金属铁纳米粒子分散在聚酰胺脱盐层反应组分中，并在聚合反应的进行时外加磁场诱导使微孔金属铁纳米粒子往复运动，因而在聚酰胺脱盐层中构筑形成数量众多、高度取向的纳米级通道。
3.本发明的制备方法，得到的反渗透膜的水通量和脱盐率高，并且吸附性能好。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
将26kg微孔金属铁纳米粒子和7kg硬脂酸加入循环式气动混合机中，通过气流冲击分散均匀，制得复合多孔材料；将16kg复合多孔材料分散于41kg间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有43kg9,12-十八碳二烯酰基氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；在界面聚合的反应过程中，通过施加磁场强度为17ka/m、频率为16khz的高频交变磁场，构筑出众多纳米通道；将聚酰胺脱盐层在76℃下干燥固化26h，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
测试方法：
根据《gb/t32373-2015反渗透膜测试方法》进行测试。将本发明得到的反渗透膜制成边长为10cm的试样，采用systester反渗透膜性能测试仪进行测试，测试装置中，配置浓度为2000mg/l的氯化钠溶液作为原料液，在25℃、1.6mpa下预压1h，使膜达到水力学稳定状态，然后分别测定膜的水通量和含盐率，根据公式计算脱盐率=（总的给水含盐量-总的产水含盐量）/总的给水含盐量×100%，测试5次计算平均值。
所得数据如表1所示。
实施例2
将30kg微孔金属铁纳米粒子和7kg硬脂酸加入循环式气动混合机中，通过气流冲击分散均匀，制得复合多孔材料；将10kg复合多孔材料分散于35kg间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有55kg月桂酰肉桂碱氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；在界面聚合的反应过程中，通过施加磁场强度为15ka/m、频率为10khz的高频交变磁场，构筑出众多纳米通道；将聚酰胺脱盐层在70℃下干燥固化30h，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例3
将25kg微孔金属铁纳米粒子和8kg硬脂酸加入循环式气动混合机中，通过气流冲击分散均匀，制得复合多孔材料；将12kg复合多孔材料分散于38kg间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有50kg9,12-十八碳二烯酰基氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；在界面聚合的反应过程中，通过施加磁场强度为17ka/m、频率为12khz的高频交变磁场，构筑出众多纳米通道；将聚酰胺脱盐层在72℃下干燥固化28h，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例4
将20kg微孔金属铁纳米粒子和7kg硬脂酸加入循环式气动混合机中，通过气流冲击分散均匀，制得复合多孔材料；将20kg复合多孔材料分散于45kg间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有35kg月桂酰肉桂碱氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；在界面聚合的反应过程中，通过施加磁场强度为20ka/m、频率为20khz的高频交变磁场，构筑出众多纳米通道；将聚酰胺脱盐层在80℃下干燥固化20h，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
实施例5
将22kg微孔金属铁纳米粒子和7.5kg硬脂酸加入循环式气动混合机中，通过气流冲击分散均匀，制得复合多孔材料；将17kg复合多孔材料分散于43kg间苯二胺的水溶液中，然后均匀浇在以无纺布为基材的支撑层表面，进一步将含有40kg9,12-十八碳二烯酰基氯化物的混合溶液均匀地浇在支撑层表面，通过界面聚合形成聚酰胺脱盐层；在界面聚合的反应过程中，通过施加磁场强度为18ka/m、频率为18khz的高频交变磁场，构筑出众多纳米通道；将聚酰胺脱盐层在78℃下干燥固化22h，保留纳米通道，制得高通量的反渗透膜。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
对比例1
市售聚酰胺商业化应用反渗透膜。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
对比例2
反渗透膜制备过程中，添加微孔金属铁纳米粒子，未施加高频磁场，其他制备条件与实施例5一致。
测试方法与实施例1一致，所得数据如表1所示。
表1：