一种高脱盐聚酰胺反渗透膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于水处理，尤其涉及一种高脱盐聚酰胺反渗透膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、反渗透膜广泛应用在海水淡化，纯水制造，工业污水处理等领域，是解决当前水资源短缺问题的关键材料。目前商品化的反渗透膜通常是聚酰胺结构，一般是由间苯二胺(mpd)与均苯三甲酰氯(tmc)在多孔聚砜支撑层上进行界面聚合制备而成。其中，聚酰胺层的结构决定着反渗透膜的通量和脱盐率。

2、在反渗透膜的应用场景中，当进水盐含量较高时，需要反渗透膜具有较好的脱盐率，但受制于反渗透膜通量和脱盐率之间的“trade-off”效应，通常提高脱盐率会造成通量的降低。例如，专利cn110325267a通过在界面聚合过程中向水相中添加双胍类化合物，能够提升脱盐率，但通量同时出现下降的情况；专利cn1211151c通过两次涂布均苯三甲酰氯有机相溶液进行二次界面聚合，可显著提升脱盐率，但该过程繁琐，有机溶剂消耗量增大；专利cn105873665b在界面聚合后使用亚硝酸溶液对聚酰胺层进行后处理，进而形成含偶氮基团的聚酰胺层，同时提高了反渗透膜的通量和脱盐率，但该方案中亚硝酸在使用过程中容易发生分解反应，重氮化反应条件控制较为困难。

3、因此，本领域亟需一种在保持较高通量的前提下，能够提高反渗透膜脱盐率的简单可行的技术方案。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种制备高脱盐聚酰胺反渗透的方法，该制备方法简单，得到的聚酰胺反渗透膜在保持高通量的基础上，可显著提高脱盐率。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种制备高脱盐聚酰胺反渗透膜的方法，所述方法包含以下步骤：

4、s1：多孔支撑层基底膜与含有多官能胺和氨基-peg-叠氮化合物(nh2-peg(n)-n3)的水相溶液接触后，去除多余水相，再与多官能酰氯的有机相溶液接触，进行界面聚合反应得到含叠氮基团的聚酰胺反渗透膜f1；

5、s2：紫外光辐射f1，得到含偶氮基团的聚酰胺反渗透膜f2；

6、s3：清洗f2，得到高脱盐聚酰胺反渗透膜。

7、在本发明的一种实施方案中，s1所述氨基-peg-叠氮类化合物(nh2-peg(n)-n3)结构如下：

8、

9、其中，n为1-20的整数，优选n为1-15的整数；优选地，所述氨基-peg-叠氮类化合物在水相溶液的浓度为0.01-1.0wt％，优选0.01-0.5wt％。

10、示例性地，本发明的聚酰胺反渗透膜制备过程中在水相添加了氨基-peg-叠氮类化合物(nh2-peg(n)-n3)，在界面聚合过程中，水相中的氨基-peg-叠氮类化合物中的链末端伯胺基可与有机相的多元酰氯发生缩合反应形成酰胺键，通过共价键的方式将含有-conh-peg-n3的结构单元键合在聚酰胺分子链上。一方面，在紫外光的辐射下，-conh-peg-n3链末端的叠氮基团会先光解为氮烯中间态，由于氮烯中间态的半衰期仅为8μs，因此两分子氮烯将迅速进行耦合反应形成偶氮键(-n＝n-)，完成聚酰胺链段之间的交联，从而提升反渗透膜的脱盐率；另一方面，由于引入的聚乙二醇(peg)链段为电中性的水溶性长链聚合物，通过体积排斥效应及亲水特性，从而能够提升反渗透膜的通量。因此，通过在含多官能胺的水相溶液中添加氨基-peg-叠氮类化合物，可制备在保持较高通量的基础上，具有高脱盐的聚酰胺反渗透膜，并且制备方法操作简单，易于进行工业化放大生产。上述反应机理可以参照下式来说明，例如其中水相溶液含有间苯二胺(mpd)和氨基-peg-叠氮类化合物，有机相溶液含有均苯三甲酰氯(tmc)。

11、本发明所述方法涉及如下反应步骤：

12、

13、在本发明的一种实施方案中，s1所述多官能胺为含至少两个伯胺基的芳香族胺和/或含至少两个伯胺基的脂肪族胺，优选间苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯、2,6-二氨基甲苯、哌嗪、4-氨基甲基哌嗪、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚乙烯亚胺中的一种或多种，更优选间苯二胺；优选地，所述多官能胺在水相溶液的浓度为0.5-10.0wt％，优选1.0-5.0wt％。

14、在本发明的一种实施方案中，s1所述多官能酰氯为芳香族的和/或脂肪族的多元酰氯，优选均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、己二酰氯、环己烷三羧酰氯、萘二羧酰氯中的一种或多种，更优选均苯三甲酰氯；优选地，多官能酰氯的有机相溶液浓度为0.01-1.0wt％，优选0.05-0.5wt％；优选地，多官能酰氯的有机相溶液的溶剂为正己烷、正癸烷、isopar g、isopar l中的一种或多种。

15、在本发明的一种实施方案中，s1中多官能胺与多官能酰氯的质量比例为(10-30)：1。

16、在本发明的一种实施方案中，s1中多孔支撑层基底膜与水相溶液接触时间为10-60s。

17、在本发明的一种实施方案中，s1中多孔支撑层基底膜与多官能酰氯的有机相溶液接触时间为10-300s。

18、在本发明的一种实施方案中，s2所述紫外光波长为200-400nm，优选250-400nm。

19、在本发明的一种实施方案中，s2所述紫外光辐射的强度为0.05-1.0mw/cm2，优选0.05-0.5mw/cm2。

20、在本发明的一种实施方案中，s2所述紫外光辐射的时间为10-300s。

21、在本发明的一种实施方案中，s3清洗的温度为70-90℃，清洗浸泡的时间为60-300s。

22、本发明的另一目的在于提供一种聚酰胺反渗透膜。

23、一种聚酰胺反渗透膜，所述反渗透膜采用上述方法制备得到，所述反渗透膜为含偶氮基团的聚酰胺反渗透膜。

24、本发明的又一目的在于提供一种高脱盐聚酰胺反渗透膜的用途。

25、一种高脱盐聚酰胺反渗透膜的用途，所述反渗透膜采用上述方法制备得到，或为上述的反渗透膜，所述反渗透膜用作高脱盐反渗透膜，应用于水处理组件、装置中，或应用于水处理方法中。

26、与现有技术相比较，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

27、本发明制备的反渗透膜在保持高通量(75lmh)的基础上，可显著提高脱盐率(99.5％)。

技术特征：

1.一种制备高脱盐聚酰胺反渗透膜的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1所述氨基-peg-叠氮类化合物(nh2-peg(n)-n3)结构如下：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2所述紫外光波长为200-400nm，优选250-400nm；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3清洗的温度为70-90℃，清洗浸泡的时间为60-300s。

5.一种聚酰胺反渗透膜，所述反渗透膜采用权利要求1-4中任一项所述方法制备得到，其特征在于，所述反渗透膜为含偶氮基团的聚酰胺反渗透膜。

6.一种高脱盐聚酰胺反渗透膜的用途，所述反渗透膜采用权利要求1-4中任一项所述方法制备得到，或为权利要求5所述的反渗透膜，所述反渗透膜用作高脱盐反渗透膜，应用于水处理组件、装置中，或应用于水处理方法中。

技术总结
本发明公开了一种高脱盐聚酰胺反渗透膜及其制备方法和应用。所述方法包含以下步骤：多孔支撑层基底膜与含有多官能胺和氨基‑PEG‑叠氮化合物(NH2‑PEG(n)‑N3)的水相溶液接触后，去除多余水相，再与多官能酰氯的有机相溶液接触，进行界面聚合反应得到含叠氮基团的聚酰胺反渗透膜F1；紫外光辐射F1，得到含偶氮基团的聚酰胺反渗透膜F2；清洗F2，得到高脱盐聚酰胺反渗透膜。该制备方法简单，得到的聚酰胺反渗透膜在保持高通量的基础上，可显著提高脱盐率。

技术研发人员：卢尚元,许胜杰,邬军辉,赵伟国
受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12