包含可离子交换聚合物层的水处理分离膜及其形成方法
【技术领域】
[0001 ]本公开设及水处理膜及其制备方法，并且具体地，设及通过形成包含离子交换官 能团的聚合物层来改善渗透流动性的水处理膜，及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于近来水质量环境的严重污染和水短缺，开发水资源的新来源已经成为面临的 紧急问题。对水质量环境污染的研究目的是高质量的住宅用水和工业用水，W及各种生活 污水和工业废水的处理，并且已经关注使用具有节能优点的分离膜的水处理工艺。此外，环 境法规的加速强化预计会推进分离膜技术的广泛使用。传统的水处理工艺难W满足严格的 法规，然而，分离膜技术确保了优良的处理效率和稳定的处理，因此预计将来会成为水处理 领域内的领先技术。
[0003] 液体分离根据膜的孔隙分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、压出、主动运输、电渗析， 等。
[0004] 迄今开发的水处理膜通常使用运样的方法来制备:在例如非织造织物的支持物上 使用聚合物材料形成支持层和/或活性层。在本文中，聚合物材料的实例包括：聚讽、聚酸 讽、聚碳酸醋、聚氧乙締、聚酷亚胺、聚酸酷亚胺、聚酸酸酬、聚丙締、聚甲基戊締、聚氯甲基、 聚偏二氣乙締等，并且其中，聚讽尤为常用。
[0005] 聚合物材料具有优良的分离效率和有利的机械强度，但具有疏水性，因此，在提高 渗透流量上存在限制。
[0006] 因此，需要研发能够提高水处理膜的渗透流量的新聚合物材料。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[000引鉴于上文，本发明的一个目的为提供在具有优良的脱盐率的同时提高渗透流量的 水处理膜，及其制备方法。
[0009] 技术方案
[0010] 根据本发明的一个实施方案，本发明提供了一种水处理膜，其包括:支持物;和支 持物上的聚合物层，所述聚合物层包含含有疏水性重复单元和亲水性重复单元的共聚物， 所述亲水性重复单元含有离子交换官能团，其中聚合物层的离子交换容量（IEC)为 0.02meq/g至2.4meq/g。
[00川在本文中，离子交换官能团优选地为选自-S03M、-C03M和-P03M(其中，Μ为H、化或K) 中的任一种或更多种。
[0012] 亲水性重复单元和疏水性重复单元的摩尔比优选地为1:9至1: 1。
[001引此外，聚合物层的厚度可为0.1皿至200皿。
[0014] 此外，当浓度为32,000ppm的氯化钢(NaCl)溶液在8(K)psi的压力下通过其时，水处 理膜优选地具有97%或更高的初始脱盐率，W及38加仑/英尺2 ·天至48加仑/英尺2 ·天的 初始渗透流量。
[0015] 同时，根据本发明的另一个实施方案，本发明提供了包括水处理膜的水处理模块。
[0016] 此外，根据本发明的另一个实施方案，本发明提供了包括W下步骤的用于制备水 处理膜的方法:使用包含共聚物和溶剂的溶液涂覆支持物，所述共聚物含有疏水性重复单 元和含离子交换官能团的亲水性重复单元；W及通过将经涂覆的支持物浸入非溶剂中进行 相变。
[0017]有益效果
[0018] 根据本发明的水处理膜包括支持物上的聚合物层，所述聚合物层包含含有疏水性 重复单元和亲水性重复单元的共聚物，所述亲水性重复单元含有离子交换官能团，因此，可 W提供与现有的水处理膜相比在具有优良的脱盐率的同时显著提高渗透流量的水处理膜。
【具体实施方式】
[0019] 下文中，将对本发明的优选实施方案进行描述。然而，本发明的实施方案可W修改 为多种其他形式，并且本发明的范围不限于下述实施方案。此外，提供本发明的实施方案W 向本领域普通技术人员更完整地描述本发明。
[0020] 如上所述，在现有水处理膜中用作活性层和/或支持层的聚讽类聚合物具有优异 的机械强度和分离效率，然而，由于疏水性而在提高渗透流量上具有限制。作为对研发在具 有优良的脱盐率和机械强度的同时能够提高渗透流量的水处理膜进行广泛研究的结果，本 发明的发明人已经发现，运样的目的可W通过在制备水处理膜时在支持物上形成具有特定 离子交换容量的可离子交换聚合物层来实现，并且完成了本发明。
[0021] 更具体地，根据本发明的水处理膜包括:支持物;和支持物上的包含共聚物的聚合 物层，所述共聚物含有疏水性重复单元和含离子交换官能团的亲水性重复单元，其中聚合 物层的离子交换容量(IEC)为0.02meq/g至2.4meq/g。
[0022] 在本文中，作为支持物，本领域内熟知的那些可W不受限制地使用，并且其实例可 包括非织造织物。在本文中，非织造织物材料的实例可包括聚醋、聚碳酸醋、细孔聚丙締、聚 苯酸、聚偏二氣乙締等，但不限于此。
[0023] 其次，聚合物层为可离子交换聚合物层，并且优选地包含含有疏水性重复单元和 亲水性重复单元的共聚物，所述亲水性重复单元含有离子交换官能团。本发明中的离子交 换官能团定义为提供用于离子传导的可转移反离子的离子基团。
[0024] 当在支持物上形成具有离子交换官能团的聚合物层时，由于离子交换官能团提高 了聚合物层的亲水性，渗透流量增加。
[0025] 同时，能够用于本发明的离子交换官能团可为选自-S03M、-C03M和-P化M(其中，Μ为 Η、化或Κ)中的任一种或更多种。更具体地，离子交换官能团可包括:-S0抽、-S〇3化、-SO化、- C02H、-C〇2Na、-CCfeK、-P0 抽、-P〇3Na 或-Ρ〇3Κ，并且特别优选地包括-SO 抽或-S〇3Na。
[0026] 同时，离子交换容量（IEC)表示Ig离子交换树脂或聚合物化合物能够交换的离子 当量，并且在本发明中可W计算为每Ig共聚物所包含的离子交换官能团的摩尔数X离子 价。
[0027] 离子交换容量的单位由meq/g表示，并且离子交换容量具有高值意味着具有高离 子交换能力，并且当离子交换容量增加时，聚合物化合物和聚合物层的亲水性增加。
[00%]同时，本发明的聚合物层的离子交换容量优选地为约ο. 02meq/g至2.4meq/g，并且 更优选地约0. 〇2meq/g至2. Omeq/g。当离子交换容量小于0.02meq/g时，聚合物层的亲水性 降低，运在将聚合物层制成分离膜时引起渗透流量降低的问题。相比之下，当离子交换容量 大于2.4meq/g时，共聚物的亲水性过度提高，运导致对水的溶解度不必要的增加，引起分离 膜耐久性降低的问题，并且脱盐率和渗透流量可能均会显著降低。
[0029] 同时，共聚物优选地W约1:9至1:1的摩尔比，并且更优选地W约1: 5至1:1的摩尔 比包含亲水性重复单元和疏水性重复单元。当亲水性重复单元和疏水性重复单元的混合比 满足上述范围时，可制备出具有优良的渗透流量和耐久性的水处理膜。当亲水性重复单元 W少量包含在内时，渗透流量可能较低;而当亲水性重复单元W过量包含在内时，在形成聚 合物层时可能无法顺利地实现相变。
[0030] 在本文中，包含离子交换官能团的亲水性重复单元可具有由W下化学式1所表示 的结构，而疏水性重复单元可具有由W下化学式2所表示的结构。
[003U [化学式。
[0032]
[0033] 在[化学式1]中，A和B为选自W下官能团中的任一种或更多种，并且可W重复选择 或交叉选择，
[0036] E为选自W下官能团中的任一种或更多种，并且
[0034]
[0035]
[0037]
[003引 Ri至Rs各自独立地为氨或离子交换官能团，并且更具体地，A或B中Ri至R冲的任一 个可为-S03M、C03M或-P03M(其中，Μ为Η、Na或K)。
[0039] [化学式2]
[0040]
[0041] 在[化学式2]中，C和D为选自W下官能团中的任一种或更多种，并且可W重复选择 或交叉选择，
[0046] R9为氨、甲基、-CF3或苯基。
[0047] 此外，亲水性重复单元可优选地具有由W下化学式3所表示的结构，而疏水性重复 单元可具有由W下化学式4所表示的结构。
[004引[化学式3]
[0049]
[0050] 在[化学式3]中，G为选自W下官能团中的任一种或更多种，并且
[0化1 ]
[0052] Rs具有离子交换官能团，所述离子交换官能团为S03M、-C03M或-P化M(其中，Μ为H、 Na或Κ)。
[0053] [化学式4]<