用于膜蒸馏的复合膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是有关于一种复合膜，特别是有关于一种应用于膜蒸馏的复合膜。
【背景技术】
[0002] 由于水资源短缺，海水淡化或是水资源回收再利用已是膜蒸馏（membrane distillation)技术发展最重要的应用之一。膜蒸馏技术主要是利用具有疏水性的微多孔 薄膜将高温溶液与低温溶液隔开，水蒸气会因为高温侧与低温侧之间的蒸气压差，从高温 侧经由薄膜上的膜孔流向低温侧，然后在低温侧凝结成液体。此蒸气压差是由两侧流体之 间的温度梯度所造成的。
[0003] 由于膜蒸馏技术可以获得极佳的处理水质，故除了海水淡化处理以外，以膜蒸馏 技术进行废水处理也逐渐受到重视。由于废污水中大都含具有界面活性的物质，使得废污 水的表面张力大幅度下降，造成膜材的润湿，使膜蒸馏程序终止，影响膜通量与处理水质， 使膜蒸馏技术难以应用于废水的处理。
[0004] 纺织厂的染整废水是一种水量大、水温高的工业废水，是一种相当有潜力以膜蒸 馏技术进行废水回收再利用的对象之一。但如前所述，在染整制程中所添加的化学物质，如 均染剂、柔软剂及其他有机物等具有界面活性的物质，都是容易使膜污染或润湿的物质，如 不加以解决即无法直接以膜蒸馏技术处理该废水。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种复合膜，用以提升膜蒸馏技术处理废水的效率，尤其是处理含 有界面活性成分的废水的处理效率。
[0006] 本发明的一实施方式提供了一种用于膜蒸馏的复合膜，包含疏水性多孔膜以及高 含水率水胶层。疏水性多孔膜，包含相对的第一表面与第二表面，其中第一表面对应于热 端，第二表面对应于冷端。高含水率水胶层设置于第一表面，其中高含水率水胶层的含水率 (water content)大于30%，其中含水率的定义如下：
[0007]
[0008] 其中Ws代表润湿后的高含水率水胶层重量，W d代表干燥后的高含水率水胶层重 量。
[0009] 于本发明的一或多个实施例中，高含水率水胶层的网目尺寸（mesh size)介于 0. 001微米（μ m)至10微米之间。
[0010] 于本发明的一或多个实施例中，高含水率水胶层的含水率介于50 %至99%。
[0011] 于本发明的一或多个实施例中，高含水率水胶层的材料包含多醣类、蛋白质类、聚 乙稀醇（Polyvinyl Alcohol，PVA)、聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG)或聚氧化乙稀 (polyethylene oxide，PEO)、压克力系、聚氨酯、纤维素、甲壳素、海藻酸及其改质物、共聚 物或其组合物。
[0012] 于本发明的一或多个实施例中高含水率水胶层的多醣类材料为卡德兰胶 (curdlan)、琼脂糖（agarose)或洋菜胶（Agar) 0
[0013] 于本发明的一或多个实施例中，高含水率水胶层的压克力系材料的单体为丙 稀酸 2 轻乙酯（2-Hydroxyethyl acrylate，HEA)、甲基丙稀酸轻乙酯（Hydroxyethyl methacrylate，HEMA)、甲基丙稀酸羟基乙氧基乙酯（Hydroxyethoxyethyl methacrylate， HEEMA)、甲基丙稀酸甲基二乙氧基乙酯（Hydroxydiethoxyethyl methacrylate，HDEEMA)、 甲基丙稀酸轻乙酯（Methoxyethyl methacrylate，MEMA)、甲基丙稀酸甲氧基乙氧基 乙酯（Methoxyethoxyethyl methacrylate，MEEMA)、甲基丙稀酸甲氧基二乙氧基乙酯 (Methoxydiethoxyethyl methacrylate，MDMEEMA)、二甲基丙稀酸乙二醇酯（Ethylene glycol dimethacrylate，EGDMA)、N-乙烯基-2- P比略烧酮（N-vinyl-2-pyrrolidone， NVP)、异丙基稀酰胺（N-isopropyl AAm，NIPAAm)、压克力酸（Acrylic acid，AA)、甲基 丙稀酸（Methyl acrylate acid，MAA)、甲基丙稀酸-2-轻丙酯（N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide，HPMA)、乙二醇（Ethylene glycol，EG)、丙稀酸聚乙二醇酯（PEG acrylate，PEGA)、聚甲基丙稀酸乙二醇酯（PEG methacrylate，PEGMA)、二丙稀酸乙 二醇酯（PEG diacrylate，PEGDA)、聚乙二醇二甲基丙稀酸酯（PEG dimethacrylate， PEGDMA)、β-(丙稀酰氧）丙酸（β-Carboxyethyl acrylate)、丙稀酸 2_(二甲胺基）乙 酯（2_ (Dimethylamino) ethyl acrylate)、丙稀酸甲氧基乙酯（Ethylene glycol methyl ether acrylate)、丙稀酸乙氧乙酯（2-Ethoxyethyl acrylate)及其改质物、共聚物或其组 合物。
[0014] 于本发明的一或多个实施例中，高含水率水胶层为物理性交联材料或化学性交联 材料。
[0015] 于本发明的一或多个实施例中，疏水性多孔膜的材料包含聚四氟乙烯、聚丙烯、聚 偏二氟乙烯、聚烯烃或其组合物。
[0016] 本发明所提供的复合膜藉由在疏水性多孔膜面对热端的表面加设一层高含水率 水胶层。如此一来可以达到阻挡高温废水的界面活性粒子（团），避免膜孔润湿现象产生， 使得膜蒸馏技术可以用于处理含有界面活性成分的废水。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的复合膜一实施例应用时的剖面示意图；
[0018] 图2为使用传统不具有高含水率水胶层的多孔膜进行膜蒸馏的实验结果；
[0019] 图3至图5为使用传统不具有高含水率水胶层的多孔膜以及本发明的复合膜进行 膜蒸馏的实验结果；
[0020] 图6与图7分别为本发明的复合膜应用于不同的污水处理的实验结果；
[0021] 图8至图11分别为应用本发明的不同的复合膜对污水处理的实验结果；其中，符 号说明：
[0022] 100:复合膜 110 :疏水性多孔膜
[0023] 112 :第一表面 114 :第二表面
[0024] 120 :膜孔 130 :高含水率水胶层
[0025] 2〇0 :热端 3〇0 :冷端
[0026] 400 :界面活性粒子 410 :亲水端
[0027] 420 :厌水端。
【具体实施方式】
[0028] 以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常 知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并 不脱离本发明的精神与范围。
[0029] 参照图1，其为本发明的复合膜一实施例应用时的剖面示意图。复合膜100包含 有疏水性多孔膜110以及高含水率水胶层130。疏水性多孔膜110包含有相对的第一表面 112以及第二表面114,第一表面112为对应于热端200,第二表面114为对应于冷端300。 高含水率水胶层130设置在第一表面112上。
[0030] 疏水性多孔膜110具有多个膜孔120,膜孔120连通疏水性多孔膜110的第一表面 112与第二表面114。热端200是指复合膜100两侧温度较高的一端，其可以为具有较高温 度的废水或是海水等需要进行膜蒸馏处理的液体。冷端300则是复合膜100两侧温度较低 的一端，热端200中的水气（体积微小的液态水）会穿过高含水率水胶层130后通过疏水 性多孔膜110上的膜孔120到达冷端300后凝结为液体的水。
[0031] 由于热端200的废水中可能会包含有具有界面活性特性的粒子（以下简称界面活 性粒子400)，例如有机物质或是界面活性剂等。为了避免疏水性多孔膜110的膜孔120被 具有界面活性粒子400的废水润湿，本实施例的复合膜100中的高含水率水胶层130的含 水率（water content)较佳为大于30%，使得高温废水中的界面活性粒子400被高含水率 水胶层130阻挡，而不会伴随水分子进入膜孔120而导致膜孔120润湿。
[0032] 此处所指的含水率的定义为：
[0033]
[0034] 其中1代表润湿后的高含水率水胶层130重量，W ,代表干燥后的高含水率水胶层 130重量。此处所指的润湿后的高含水率水胶层130的重量是将高含水率水胶层130浸泡 于水中一段时间之后取出，并待高含水率水胶层130表面的水滴自然滴落之后所称得的重 量，而干燥后的高含水率水胶层130的重量是指将高含水率水胶层130进行干燥处理一段 时间之后，将其取出所量测得到的重量。
[0035] 复合膜100中的高含水率水胶层130可以使得高温废水中的界面活性粒子400被 高含水率水胶层130阻挡，而不会伴随水分子进入膜孔120而导致膜孔120润湿。具体地 说，界面活性粒子400具有亲水端410以及厌水端420。由于高含水率水胶层130具有相当 高