聚合物涂覆的水解膜制造技術

一種形成聚合物涂覆的水解膜的方法，包括：通過浸沒沉淀由第一親水聚合物形成膜；用比第一親水聚合物更耐受pH值的第二親水聚合物的薄層涂覆所述膜以形成致密脫除層；和將經涂覆的膜暴露于高pH值溶液中，由此形成水解的超濾膜。一種聚合物涂覆的水解膜，包括：多孔膜，其通過浸沒沉淀并水解由第一親水聚合物形成；和致密脫除層，其施加至所述膜上且由比第一親水聚合物更耐受pH值的第二親水聚合物形成。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文獻涉及一種聚合物涂覆的水解膜，其例如用于正滲透(FO)和壓力延遲滲透(PRO)膜工藝和應用。
技術介紹
高選擇性半透膜的開發主要集中于反滲透(RO)。高性能RO膜具有由機械上較強的多孔膜支撐的極薄、致密聚合物層。支撐膜的結構對膜的通量和選擇性幾乎不具有影響。最近，FO也受到了關注。FO膜具有與RO膜類似的物質選擇性，但在FO中，多孔支撐層的特性(如形貌和親水性)對膜的性能具有較大影響。目前，唯一市售的 FO 膜由 Hydration, Technology Innovations, LLC, Albany,OR(HTI)生產。這是三乙酸纖維素(CTA)膜，其具有采用浸沒沉淀法流延的包埋支撐網。該膜具有比復合RO膜上的常規脫除層(0.2微米)厚得多的致密脫除層(10-20微米)。然而，由于其多孔支撐層的開孔率和親水性，HTI膜在FO測試中的性能遠遠優于復合RO膜。專利技術簡述本文獻的方面涉及一種聚合物涂覆的水解膜，其結合了高傳質的支撐層(如CTA)和薄且致密的脫除層以提供優異的FO性能和/或結合了親水支撐層和極薄脫除層以例如提高膜通量并改善PRO的工藝經濟性。這些方面可包括，且實施方案可包括所附權利要求書中所述的一個或多種或所有構成部分和步驟，其通過引用并入。在一個方面中，公開了一種形成聚合物涂覆的水解膜的方法，其包括通過浸沒沉淀由第一親水聚合物形成膜，用比第一親水聚合物更耐受PH值的第二親水聚合物的薄層涂覆所述膜以形成致密脫除層，和將經涂覆的膜暴露于高PH值溶液中，由此形成水解的超濾膜。 具體實施方案可包括一個或多個或所有如下方面。由第一親水聚合物形成膜可包括通過浸沒沉淀形成包含實心皮層和多孔支撐層非對稱膜，其。通過浸沒沉淀形成非對稱膜可包括形成厚度為約5-約15微米的實心皮層和厚度為約20-約150微米的多孔支撐層。通過浸沒沉淀形成非對稱膜可包括形成聚合物濃度為約50體積％或更高聚合物的實心皮層和聚合物濃度為約15-30體積％聚合物的多孔支撐層。用第二親水聚合物的薄層涂覆所述膜可包括用比第一親水聚合物更耐受pH值的第二親水聚合物薄層涂覆所述非對稱膜的實心皮層以形成致密脫除層。通過浸沒沉淀形成非對稱膜可包括通過浸沒沉淀由親水性纖維素酯聚合物形成非對稱纖維素膜。將經涂覆的膜暴露于高pH值溶液中可包括將所述非對稱纖維素膜暴露于高pH值溶液中，由此將所述非對稱纖維素膜的纖維素部分水解以形成水解的超濾膜。將經涂覆的膜暴露于高pH值溶液可包括將所述經涂覆的膜暴露于pH值為約12或更高的溶液中，由此形成水解的超濾膜。用第二親水聚合物的薄層涂覆所述膜可包括用比所述第一親水聚合物更耐受pH值的第二親水聚合物的厚度為I微米或更小的層涂覆所述膜，以形成致密的脫除層。用第二親水聚合物的薄層涂覆所述膜可包括用磺化聚苯乙烯-聚異丁烯嵌段共·聚物涂覆所述膜，以形成致密的脫除層。在另一方面中，公開了一種聚合物涂覆的親水膜，其可包括通過浸沒沉淀和水解由第一親水聚合物形成多孔膜，所述膜包括由支撐層支撐的皮層；和施加至所述皮層上且由比第一親水聚合物更耐受PH值的第二親水聚合物形成的致密脫除層。具體實施方案可包括一個或多個如下方面。所述膜可為非對稱膜。所述非對稱膜可為由親水纖維素酯聚合物形成的非對稱纖維素膜。所述皮層厚度可為約5-約15微米，所述多孔支撐層的厚度可為約20-約150微米。所述皮層的聚合物濃度為約50體積％或更高的聚合物，所述多孔支撐層的聚合物濃度可為約15-約30體積％聚合物。所述致密脫除層的厚度可為約I微米或更小。所述致密脫除層可由磺化聚苯乙烯-聚異丁烯嵌段共聚物形成。上述和其他方面、特征和優點以及本文其他部分所述的其他益處由于專利技術描述和權利要求書而對本領域技術人員變得顯而易見。專利技術描述本文的特征在于一種例如用于正滲透(FO)和壓力延遲滲透(PRO)膜工藝和應用的聚合物涂覆的水解膜。聚合物涂覆的水解膜實施方案結合了高傳質的CTA支撐層和薄且致密的層以例如提供優異的FO性能。聚合物涂覆的水解膜實施方案還結合了親水支撐層和極薄的脫除層以例如提高膜通量并改善PRO的工藝經濟性。本文所公開的聚合物涂覆的水解膜實施方案具有許多特征，其中一個、多個或所有特征或步驟可用于任何特定實施方案中。在下文描述中，應理解的是可使用其他實施方案，且可進行結構以及程序改變而不偏離本文的范圍。出于簡便，使用示例性材料、大小、形狀、尺寸等描述各構成部分。然而，本文不限于所述實例，其他構造也是可能的且處于本專利技術的教導范圍之內。盡管是出于示例本專利技術的目的，形成聚合物涂覆的水解膜實施方案的方法通常可包括用更耐受PH值的聚合物的極薄親水致密層涂覆以浸沒沉淀法形成的纖維素膜。然后，可將所述膜暴露于高PH值溶液中，其能水解所述纖維素酯，由此形成比所述CTA膜甚至更親水且滲透性更高的超濾膜。然后，所述pH耐受性聚合物的薄層變成致密脫除層。浸沒沉淀浸沒沉淀法描述于美國專利3133132中，將其通過引用并入。通常，首先將膜聚合物材料(例如親水聚合物(如纖維素酯，例如乙酸纖維素、三乙酸纖維素等))溶于水溶性溶劑(非水性)體系中以形成粘稠溶液。纖維素膜的合適水溶性溶劑體系例如包括酮(如丙酮、甲乙酮和1，4-二 5惡烷)、醚、醇。所述溶液中還包含/混合有成孔劑(例如有機酸、有機酸鹽、無機鹽、酰胺等，如蘋果酸、檸檬酸、乳酸、氯化鋰等)和增強劑(例如用于改善柔韌性并降低脆性的試劑，如甲醇、甘油、乙醇等)。其次，將所述粘稠溶液的薄層均勻展布于表面上，并短時風干。然后，將粘稠溶液的一側與水接觸。水接觸導致溶液中的聚合物變得不穩定，且在該表面上極快地沉淀致密 聚合物層。該層起阻止水進一步滲入溶液中的作用，因此所述致密層下的聚合物滲透得要慢得多，并形成疏松的多孔基體。所述致密層為允許水通過，同時阻止其他物質的膜的部分。所述多孔層僅起致密層支撐體的作用。支撐層是必需的，這是因為單獨的(例如)10微米厚的致密層缺乏機械強度且不適于任何實際應用。然后，在所有聚合物由所述粘稠溶液凝聚之后，可洗滌所述膜并熱處理。因此，所述浸沒/沉淀方法可形成具有實心致密或皮層作為表面構成部分的非對稱膜，其厚度例如為約5-15微米。還形成由同一聚合物材料構成的多孔或構架(scaffold)層作為致密層，其中所述多孔或構架層為高度多孔性的且允許固體在該多孔或構架層中擴散。所述多孔或構架層的厚度可例如為20-150微米。由浸沒/沉淀法形成的致密或皮層和多孔或構架層的孔隙率通過流延參數以及通過選擇溶劑和聚合物材料固體與溶劑溶液的比例控制。所述多孔或構架層可具有盡可能低的聚合物濃度，例如約15-30體積％聚合物。致密頂層或皮層可具有大于50%聚合物的聚合物濃度。在RO中，膜的通量主要取決于致密或皮層的厚度、組成和形貌，因此幾乎不存在優化多孔層性能的動力。然而，在FO和PRO中，水由于橫跨致密層的溶解物質的濃度差而驅動通過膜。如果致密層的多孔層側上的濃度較高，則驅動通過所述致密層的水將多孔層中的溶解物質帶離致密層。為了使該工藝繼續，所述溶解物質必須經由多孔層擴散回致密層。同樣地，如果致密層的開孔側上的濃度較高，則由于水從多孔層中的流體流出，多孔層中的溶解物質濃度將升高。為了使該工藝繼續，其必須從所述膜的背本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·R·赫倫，
申請(專利權)人：水合系統有限責任公司，
類型：
國別省市：