三維熔融沉積聚酰胺正滲透膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及材料領(lǐng)域，具體而言，本實(shí)用新型涉及一種三維熔融沉積聚酰胺 正滲透膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 水資源短缺是目前我國乃至世界范圍內(nèi)面臨的重要問題。向海水、污水辟源是 解決水資源短缺的重要手段。滲透膜分離技術(shù)在水處理領(lǐng)域具有重要的地位。目前主要 應(yīng)用的有納濾膜（Nanoflitration，NF)、反滲透膜（ReverseOsmosis，R0)、以及正滲透膜 (Forwardosmosis,F0)等。其中，正滲透膜（又稱F0膜），因其利用滲透原理，無需外加壓 力，具有高回收率、膜污染低、廢水排放少等優(yōu)點(diǎn)而在水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0003] 然而，目前的正滲透膜的性能仍有待改進(jìn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005] 本實(shí)用新型是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：
[0006] 目前的正滲透膜存在比較嚴(yán)重的濃差極化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了正滲透膜的水通量， 進(jìn)而影響了正滲透膜在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用。發(fā)明人經(jīng)過深入的研究發(fā)現(xiàn)，這是由于正滲 透膜的厚度以及厚度的均勻度不能得到很好的控制。
[0007] 有鑒于此，在本實(shí)用新型的第一方面，本實(shí)用新型提出了一種制備正滲透膜?？蛇x 地，所述正滲透膜包括：支撐層，以及正滲透皮層膜，所述正滲透皮層膜設(shè)置在所述支撐層 的表面上，其中，所述正滲透皮層膜具有：5~8微米的厚度；不超過5%的厚度偏差。由此， 可以由支撐層為所述正滲透膜提供良好的支撐結(jié)構(gòu)，并且由正滲透皮層膜為正滲透膜提供 良好的孔隙率，均勻的厚度分布，從而達(dá)到較高水通量以及較高截留率，進(jìn)而提高所述正滲 透膜的性能。
[0008] 可選地，所述支撐層是聚砜超濾支撐層。由此，可以由聚砜超濾膜為所述正滲透膜 提供良好的支撐。
[0009] 可選地，所述正滲透膜進(jìn)一步包括交聯(lián)層。所述交聯(lián)層設(shè)置在所述支撐層與所述 正滲透皮層膜之間。由此，可以由所述交聯(lián)層為所述支撐層以及所述正滲透皮層膜提供良 好的連接，并且所述交聯(lián)層還可以進(jìn)一步防止由于所述支撐層孔隙過大導(dǎo)致的對(duì)所述正滲 透膜性能的影響。
[0010] 可選地，所述交聯(lián)層是由均苯三甲酰氯形成的。由此，可以由均苯三甲酰氯為所述 支撐層提供化學(xué)性能穩(wěn)定的交聯(lián)層，進(jìn)而防止由于支撐層孔隙過大而影響正滲透膜的使用 效果。
[0011] 可選地，所所述正滲透皮層膜是由聚酰胺形成的。由此，可以由聚酰胺為所述正滲 透皮層膜提供良好的親水程度以及具有較高孔隙率的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可以提高所述正滲透膜的 使用性能。
[0012] 可選地，所述正滲透膜的所述正滲透皮層膜是通過3D打印形成的。由此，利用3D 打印技術(shù)，能夠形成厚度均勻、具有可控結(jié)構(gòu)的正滲透皮層膜，進(jìn)而能夠提高所述正滲透膜 的孔隙率，降低濃差極化對(duì)正滲透膜分離性能的影響。
[0013] 可選地，所述正滲透膜包含的所述正滲透皮層膜由多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由此，可以 由該多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為所述正滲透皮層膜提供均勻的結(jié)構(gòu)以及較高的孔隙率，進(jìn)而降低濃差 極化對(duì)所述正滲透膜的離子截留率的影響，從而進(jìn)一步提高所述正滲透膜的性能。
[0014] 可選地，在0·IMPa的水流壓力下，所述正滲透膜具有30L/m2h~60L/m2h的水通 量。由此，所述正滲透膜能夠在實(shí)際使用中為使用者提供較高的水通量，進(jìn)而提供較高的處 理效率。
[0015] 可選地，在0.IMPa的水流壓力下，所述正滲透膜針對(duì)海水具有水通量為60L/m2h。 由此，所述正滲透膜能夠在實(shí)際使用中為使用者提供較高的水通量，進(jìn)而提供較高的處理 效率。
[0016] 可選地，針對(duì)NaCl，所述正滲透膜具有不低于95 %的截留率；或者針對(duì)MgS04，所 述正滲透膜具有不低于99%的截留率。由此，所述正滲透膜能夠在實(shí)際使用中為使用者提 供較高的離子截留率，進(jìn)而提供較高的處理效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的制備正滲透膜方法的流程示意圖；
[0018] 圖2顯示了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的制備正滲透膜方法的流程示意圖；
[0019] 圖3顯示了根據(jù)本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的制備正滲透膜方法的流程示意圖；
[0020] 圖4顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的正滲透膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5顯示了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的正滲透膜的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖6顯示了根據(jù)本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的正滲透膜的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖7顯示了根據(jù)本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的正滲透膜的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖8顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于制備正滲透膜的方法的流程示意 圖；以及
[0025] 圖9顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于正滲透膜性能測(cè)試的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0026] 附圖標(biāo)記說明：
[0027] 100 :支撐層
[0028] 200 :正滲透皮層膜
[0029] 210 :單層正滲透皮層膜
[0030] 300 :交聯(lián)層
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的模塊或具有相同或類似功能的模塊。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的 限制。
[0032] 本實(shí)用新型是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：
[0033]目前基于聚酰胺的正滲透膜，由于膜的厚度與均勻度不能得到很好的控制，并且 膜的孔隙率低，因而在實(shí)際應(yīng)用中存在較嚴(yán)重的濃差極化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了正滲透膜的水 通量，進(jìn)而影響了正滲透膜在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0034] 為了方便理解，下面首先對(duì)本實(shí)用新型提出的正滲透膜的制備方法進(jìn)行介紹。參 考圖1，制備該正滲透膜的方法包括：
[0035] S100形成交聯(lián)層
[0036] 在該步驟中，在支撐層的表面形成交聯(lián)層。具體的，支撐層是由聚砜形成的。聚砜 作為一種力學(xué)性能優(yōu)異、具有較好的熱穩(wěn)定性以及優(yōu)良的機(jī)械性能的熱塑性樹脂，能夠?yàn)?利用根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的方法制備的正滲透膜提供良好的支撐。聚砜材料進(jìn)一步包含 普通雙酚A型聚砜（PSF)、聚芳砜（PAS)以及聚醚砜（PES)。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，支撐 層可以為聚砜超濾支撐層。由此，可以由聚砜為正滲透膜提供良好的支撐，進(jìn)而提高該正滲 透膜的使用效果。
[0037] 根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，上述交聯(lián)層可以是由均苯三甲酰氯形成的。并且，該交 聯(lián)層可以通過將聚砜支撐層浸入到〇. 5重量％均苯三甲酰氯的正己烷溶液中20秒得到。由 此，可以在上述支撐層上形成由均苯三甲酰氯提供的交聯(lián)層，防止由于支撐層孔隙過大而 影響利用根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例制備的正滲透膜的使用效果。
[0038] 此外，參考圖2,在S100之前可以進(jìn)一步包括：S10,對(duì)支撐層預(yù)先進(jìn)行干燥處理。 具體的，該干燥處理可以是在90攝氏度下加熱2小時(shí)。由此，可以通過熱處理提高聚砜超 濾支撐層作為支撐層的性能，并提高后續(xù)步驟的處理效果。
[0039] S200形成正滲透皮層膜
[0040] 在該步驟中，采用聚酰胺、光交聯(lián)劑、光引發(fā)劑以及抗氧化劑，通過3D打印，在交 聯(lián)層的表面形成正滲透皮層膜，以便獲得支撐層-正滲透皮層膜復(fù)合體。換句話說，在該步 驟中，首先將聚酰胺、光交聯(lián)劑、光引發(fā)劑以及抗氧化劑混合，然后按照預(yù)先設(shè)定好的打印 參數(shù)以及程序，通過3D打印的方式，在交聯(lián)層的表面形成正滲透皮層膜。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由傳 統(tǒng)的聚合聚酰胺的方法形成的正滲透皮層膜通常具有層狀結(jié)構(gòu)，并且難以控制厚度的均勻 性。因此，采用傳統(tǒng)方法制備的正滲透膜通常具有較低的孔隙率以及較大的濃差極化現(xiàn)象， 進(jìn)而導(dǎo)致正滲透膜的水通量較低。由此，通過采用3D打印技術(shù)，能夠在S100形成的支撐層 表面形成厚度均勻、結(jié)構(gòu)可控的三維多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的正滲透皮層膜，進(jìn)而能夠提高所述正 滲透膜的孔隙率，降低濃差極化對(duì)正滲透膜分離性能的影響。
[0041] 此外，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚酰胺為低分子量低熔點(diǎn)聚酰胺粉末，例如，可 以為尼龍6。光交聯(lián)劑為三烯丙基異氰脲酸酯，光引發(fā)劑包括二苯甲酮和安息香雙甲醚，抗 氧化劑為抗氧化劑1010