一種連續(xù)制備正滲透復合膜的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于制備分離膜復合材料領域，具體涉及一種連續(xù)制備薄層復合型正滲透膜的方法，即通過雙面鑄膜的方式連續(xù)制備高性能的正滲透膜。
【背景技術】
[0002]正滲透膜過程是利用半透膜兩側(cè)的滲透壓差為跨膜推動力，驅(qū)動水通過半透膜，而其他分子或離子被高效截留。由于滲透壓驅(qū)動下的水分子透過半透膜的過程是自發(fā)過程，因而無需外加的推動力和能量輸入，就可以實現(xiàn)水和污染物的分離。然而與傳統(tǒng)的反滲透膜不同，正滲透膜在具備選擇透過性的同時，其支撐層結構需要進一步優(yōu)化以降低其中的內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象。高性能的正滲透膜的支撐層應具備更薄厚度，更高的孔隙率以及更低的孔曲折度。
[0003]為了獲得具有上述特點的正滲透膜，支撐基膜的制備過程中，需要采用低密度支撐層，同時配制低濃度的鑄膜液，而二者的配合會導致鑄膜液滲入甚至透過支承層，最終使基膜產(chǎn)生缺陷。為了解決這一問題，美國專利US8181794B2中提到采用雙層無紡布防止鑄膜液滲漏，而國際專利W02014/071238A1中則采用聚丙烯或聚乙烯材質(zhì)的致密薄膜在支撐層底部防止鑄膜液滲漏。然而這兩種方式都引入了支撐層之外的基材，在實際操作中二者的同步問題對設備要求很高，增加了操作難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是一種連續(xù)制備薄層復合型正滲透膜的方法及其設備。該方法簡單易行，有效降低最終形成的正滲透膜的總厚度，削弱支撐層中的內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象，提高正滲透膜的滲透通量和效率。
[0005]—種連續(xù)制備復合型正滲透膜的方法，該方法具體包括:
[0006]I)在支撐材料第一側(cè)涂覆第一聚合物溶液，在凝膠浴環(huán)境下形成第一聚合物層；
[0007]2)將步驟I)形成的帶有第一聚合物層的支撐材料烘干，形成具有更高強度的復合支撐層；
[0008]3)在所述復合支撐層中第一聚合物層的第二側(cè)涂覆第二層聚合物溶液，在凝膠浴環(huán)境下形成第二聚合物層；
[0009]4)在所述第二聚合物層的第二側(cè)表面進行界面聚合，形成具有交聯(lián)結構的脫鹽層；
[0010]5)將所述第一聚合物層從復合結構中剝離，獲得正滲透膜。
[0011]支撐材料的引入，可以增強復合膜的機械強度，以承受連續(xù)式涂布過程中的機械張力和高溫處理而保持平整度。支撐體的關鍵參數(shù)主要包括厚度，單位面積重量以及透氣率或目數(shù)。對于無紡布型支撐體，進一步的，所述無紡布的材料包括但不限于聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯或其混合物;進一步的，所述無紡布厚度不大于50μπι，單位面積重量小于50g/m2，透氣率大于100mL/cm2/s;對于紡織布型支撐體，其厚度要求要求介于5-50μπι，單位面積重量要求介于5-50g/m2，目數(shù)要求介于20-200目。
[0012]進一步的，所述第一聚合物溶液由聚合物、溶劑、非溶劑添加劑配制而成，其中聚合物在溶液中的質(zhì)量分數(shù)為5-45%，溶劑的在溶液中的質(zhì)量分數(shù)為30-90%，非溶劑添加劑溶液中的質(zhì)量分數(shù)為5-25%;進一步的，所述的聚合物包括:聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺或其中兩種或兩種以上的混合物;所述的溶劑包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等或其中兩種或兩種以上的混合物;所述的非溶劑添加劑，包括:甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、氯化鋰、高氯酸鋰等或其中兩種或兩種以上的混合物。
[0013]進一步的，所述第二聚合物溶液由聚合物、溶劑、非溶劑添加劑配制而成，其中聚合物在溶液中的質(zhì)量分數(shù)為5-45%，溶劑的在溶液中的質(zhì)量分數(shù)為30-90%，非溶劑添加劑溶液中的質(zhì)量分數(shù)為5-25%;所述的聚合物包括:聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺或其中兩種或兩種以上的混合物;所述的溶劑包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等或其中兩種或兩種以上的混合物;所述的非溶劑添加劑包括:甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、氯化鋰、高氯酸鋰等或其中兩種或兩種以上的混合物。
[0014]進一步的，所述凝膠浴組成為去離子水和溶劑混合物，其中溶劑比例為0-15%，所述的溶劑包括:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜其中兩種或兩種以上的混合物。
[0015]進一步的，所述的界面聚合過程中，包括水相溶液和油相溶液，水相溶液中反應單體為間苯二胺，油相溶液中反應單體為均苯三甲酰氯;所述的水相溶液其特征在于:間苯二胺濃度為0.5-5%;所述的油相溶液，其特征在于:油相溶劑包括正戊烷、正己烷、環(huán)己烷或石油醚，均苯三甲酰氯濃度為0.03-0.3%。
[0016]本發(fā)明還公開了一種連續(xù)制備復合型正滲透膜的設備，包括支撐體放卷轉(zhuǎn)鼓、第一鑄膜機構、第一凝膠槽、干燥烘箱、第二鑄膜機構、第二凝膠槽、界面聚合機構、第一收卷轉(zhuǎn)鼓收集、第二收卷轉(zhuǎn)鼓；
[0017]所述第一鑄膜機構設置在所述支撐體放卷轉(zhuǎn)鼓上部出口處，所述第一凝膠槽設置在所述支撐體放卷轉(zhuǎn)鼓下部;支撐材料經(jīng)支撐體放卷轉(zhuǎn)鼓傳送后在所述第一鑄膜機構處涂抹第一聚合物溶液后進入所述第一凝膠槽;支撐材料表面形成第一聚合物層后被導入所述干燥烘箱烘干;烘干后經(jīng)第二鑄膜機構涂抹第二聚合物溶液后進入設置在所述第二鑄膜機構下部的所述第二凝膠槽;支撐材料形成第二聚合層后導入所述界面聚合機構進行界面聚合，后將所述第一聚合物層從復合結構中剝離，在所述第一收卷轉(zhuǎn)鼓收集處收集復合型正滲透膜，在所述第二收卷轉(zhuǎn)鼓處收集剝離的第一聚合物層。
[0018]進一步的，所述第一鑄膜機構包括盛裝聚合物溶液的料槽和將聚合物溶液在支撐體表面鋪展的涂布頭或刮刀。
[0019]進一步的，所述第二鑄膜機構包括盛裝聚合物溶液的料槽和將聚合物溶液在支撐體表面鋪展的涂布頭或刮刀。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的方法簡單易行，首先在疏松的支撐體表面以高粘度的第一鑄膜液涂覆并在凝膠浴中固化成型，所得到的復合支撐體具有更高的機械強度，有利于提高連續(xù)式涂布過程中的可操作性。在復合支撐體的另一面涂覆低粘度的第二鑄膜液后在凝膠浴中固化成型時，由于第一聚合物層的存在，有效防止了低粘度第二鑄膜液的滲漏，保證了第二聚合物層的完整性。在第二聚合物層的表面實施界面聚合，形成具有選擇透過性的芳香聚酰胺結構的脫鹽層。最后將第一聚合物層從復合結構中剝離，可有效降低最終形成的正滲透膜的總厚度，削弱支撐層中的內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象，提高正滲透膜的滲透通量和效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明涉及的復合型正滲透膜連續(xù)制備設備流程示意圖。其中
[0022]I為放卷轉(zhuǎn)鼓，用以將支撐體傳輸至系統(tǒng)中；
[0023]2為第一鑄膜機構，用以涂覆第一鑄膜液；
[0024]3為第一凝膠槽，用以凝膠第一鑄膜液；
[0025]4為干燥烘箱，用以烘干復合支撐體；
[0026]5為第二鑄膜機構，用以涂覆第二鑄膜液；
[0027]6為第二凝膠槽，用以凝膠第二鑄膜液；
[0028]7為界面聚合機構，用以復合芳香聚酰胺脫鹽層；
[0029]8為第一收卷轉(zhuǎn)鼓，用以收集正滲透復合膜；
[0030]9為第二收卷轉(zhuǎn)鼓，用以收集剝離的第一聚合物層。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0032]本發(fā)明具體技術方案如下:
[0033]支撐材料經(jīng)支撐體放卷轉(zhuǎn)鼓I被傳遞到第一鑄膜機構2;—側(cè)涂覆第一聚合物溶液，浸入第一凝膠槽3的凝膠浴形成第一聚合物層;后經(jīng)過干燥烘箱4烘干形成具有更高強度的復合支撐層;干燥后的復合支撐層隨后被輸送到第二鑄膜機構5，在所述復合支撐層中第一聚合物層的另一側(cè)涂覆第二層聚合物溶液;進入第二凝膠槽6的凝膠浴形成第二聚合物層；隨后進入界面聚合機構7進行界面聚合，在其表面形成具有交聯(lián)結構的脫鹽層;將所述第一聚合物層從復合結構中剝離，獲得正滲透膜，形成減薄復合膜即為最終的復合型正滲透膜，由第一收卷轉(zhuǎn)鼓收集8;被剝離的第一聚合物層由第二收卷轉(zhuǎn)鼓收集9。
[0034]進一步的，所述支撐材料為無紡布或紡織布;進一步的，所述無紡布的材料包括但不限于聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯或其混合物;進一步的，所述無紡布厚度不大于50μηι，單位面積重量小于50g/m2，透氣率大