半透膜、正滲透和反滲透水處理設(shè)備、及其制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年12月6日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請 No. 10-2013-0151799的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考引入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容涉及半透膜、其制造方法、和包括其的水處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 滲透（或正滲透）指的是其中水通過滲透壓從較低溶質(zhì)濃度的溶液移動到較高溶 質(zhì)濃度的溶液的現(xiàn)象。反滲透是人工施加壓力以使水在相反方向上移動的方法。正和反滲 透方法通常用在水處理應(yīng)用例如水的凈化和脫鹽中。
[0005] 在反滲透水處理中，施加對應(yīng)于由溶解的物質(zhì)產(chǎn)生的滲透壓的壓力以將溶解的物 質(zhì)與水分離。為此，希望開發(fā)具有較高的水通量和改善的排除鹽的性能的半透膜（例如，薄 膜型膜或薄膜型復(fù)合膜）。
[0006] 水的反滲透處理包括人工施加相對高的壓力并因此需要相對高的能量消耗。為了 提高能量效率，已提出了使用滲透壓原理的正滲透方法。正滲透方法使用通過在原料溶液 和驅(qū)動（汲取，draw)溶液之間的差異產(chǎn)生的滲透壓。因此，為了有效地使用正滲透方法， 開發(fā)如下的半透膜是重要的，所述半透膜可在原料溶液和驅(qū)動溶液之間提供相對高的滲透 壓并在使水從原料溶液向驅(qū)動溶液的流動容易的同時(shí)使驅(qū)動溶質(zhì)的反向鹽通量最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] -些實(shí)例實(shí)施方式涉及半透膜，其可顯示較高的通量和改善的除鹽性能。
[0008] 一些實(shí)例實(shí)施方式涉及所述半透膜的制造方法。
[0009] 一些實(shí)例實(shí)施方式涉及包括所述半透膜的水處理設(shè)備。
[0010] 根據(jù)一個實(shí)例實(shí)施方式，半透膜可包括載體層和與所述載體層接觸的活性層。所 述載體層包括第一表面和相反的第二表面以及包括聚合物的多孔結(jié)構(gòu)體和在所述多孔結(jié) 構(gòu)體中的至少一種金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物。在所述載體層中，所述載體層的鄰近與所述 活性層的界面的部分中的所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量大于離與所述活性層的界面更 遠(yuǎn)的部分中的所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量。
[0011] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量可具有朝向所述載體層和所述活性層之間的界 面上升或增加的濃度梯度。
[0012] 所述載體層在與所述活性層鄰近的面中可具有大于或等于約5%的量的所述金屬 (或準(zhǔn)金屬）氧化物的金屬或準(zhǔn)金屬元素，基于所述鄰近的面中的所有元素的總重量。
[0013] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物可包括硅、鈦、鋯、鋁、或其組合。
[0014] 所述聚合物可選自聚砜、聚醚砜、聚苯基砜、聚碳酸酯、聚環(huán)氧乙烷、聚酰亞胺、聚 醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚丙稀、聚甲基氯化物（polymethylchloride)、聚偏氟乙稀、丙稀腈 共聚物、三醋酸纖維素、醋酸纖維素、纖維素酯、聚苯乙烯、其衍生物、及其組合。
[0015] 所述多孔結(jié)構(gòu)體可包括纖維束（纖維團(tuán)，fiberassembly)。
[0016] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物可包括二氧化硅、具有取代或未取代的氨基烷基的 有機(jī)二氧化硅、具有縮水甘油氧基烷基的有機(jī)二氧化硅、二氧化鈦（TiO2)、氧化鋯（ZrO2)、 氧化鋁、沸石、或其組合。
[0017] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的總量的至少90%可存在于從所述載體層和所述活 性層之間的界面起的所述載體層的總厚度的50%范圍內(nèi)。
[0018] 所述載體層的厚度可小于或等于約150ym。
[0019] 所述活性層可包括選自如下的聚合物：聚酰胺、三醋酸纖維素、醋酸纖維素、纖維 素酯、聚酰亞胺、聚氨酯、聚苯并咪唑、其衍生物、及其組合。
[0020] 所述活性層可包括與所述載體層相同類型的聚合物。
[0021] 根據(jù)另一實(shí)例實(shí)施方式，半透膜可包括載體層和與所述載體層接觸的活性層。所 述載體層包括第一表面和相反的第二表面以及包括聚合物的多孔結(jié)構(gòu)體和在所述多孔結(jié) 構(gòu)體中的至少一種金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物。在所述載體層中，存在于與所述活性層鄰近 的第一表面中的所述金屬（或準(zhǔn)金屬）的量可大于或等于約5重量％，基于所述鄰近的第 一表面中的所有元素的總重量。
[0022] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物可包括硅、鈦、鋯、鋁、或其組合。
[0023] 存在于與所述活性層鄰近的面中的所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的金屬或準(zhǔn)金屬 元素的量可大于或等于約10重量％，基于所述鄰近的面中的所有元素的總重量。
[0024] 存在于與所述活性層鄰近的面中的所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的金屬或準(zhǔn)金屬 元素的量可大于或等于約20重量％，基于所述鄰近的面中的所有元素的總重量。
[0025] 根據(jù)另一實(shí)例實(shí)施方式，制造半透膜的方法可包括：獲得包括具有聚合物的多孔 結(jié)構(gòu)體的載體層；制備與所述載體層接觸的活性層；獲得包括溶劑和選自金屬（或準(zhǔn)金屬） 氧化物的前體、其水解產(chǎn)物、及其縮聚產(chǎn)物的至少一種的膠體溶液；和將所述膠體溶液與所 述多孔結(jié)構(gòu)體接觸并將其干燥以在所述多孔結(jié)構(gòu)體中形成金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物，使得 在所述載體層中，存在于鄰近所述活性層的部分中的金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量大于存 在于離所述活性層更遠(yuǎn)的部分中的金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量。
[0026] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的前體可包括由化學(xué)式l_a或化學(xué)式1-b表示的化 合物。
[0027] 化學(xué)式1-a
[0028] (R1)x-A-(R2) n-X
[0029] 這里，A為Si、Ti、Zr或Al，R1相同或不同且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的直 鏈或支化的Cl-Cio烷基、取代或未取代的直鏈或支化的C2-C10烯基、取代或未取代的直鏈 或支化的Cl-ClO胺基、或縮水甘油醚基，R2相同或不同且各自獨(dú)立地為羥基、-Cl、或直鏈 或支化的Cl-ClO烷氧基，n為3或4,X為0、1或2,且n-x大于或等于約2。
[0030] 化學(xué)式1-b
[0031] (R3)y (R4)3^y-A-L-A-(R5)z (R6)3-,
[0032] 這里，A為Si或Ti，L為直接鍵、-0-、或Cl-ClO亞烷基，R3相同或不同且各自獨(dú) 立地為氫、或取代或未取代的直鏈或支化的Cl-Cio烷基，R4相同或不同且各自獨(dú)立地為羥 基、-C1、或Cl-ClO烷氧基，R5相同或不同且各自獨(dú)立地為氫、取代或未取代的直鏈或支化的Cl-ClO烷基，R6相同或不同且各自獨(dú)立地為羥基、-Cl、或Cl-ClO烷氧基，y為0、1或2,且 z為0、1或2。
[0033] 所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物的量可具有朝向所述載體層和所述活性層之間的界 面上升或增加的濃度梯度。
[0034] 所述方法可進(jìn)一步包括：制備包括溶劑和選自由化學(xué)式2表示的化合物、其水解 產(chǎn)物、及其縮聚產(chǎn)物的至少一種的溶液，和使所述溶液與包括所述金屬（或準(zhǔn)金屬）氧化物 的多孔結(jié)構(gòu)體接觸。
[0035] [化學(xué)式2]
[0036] ⑴x-A-(R7)n_x
[0037] 這里，A為31、11、21'、或41，礦相同或不同且各自獨(dú)立地為羥基、-(：1、或(：1-(：10烷 氧基，n為3或4，x為1、2或3，n-x大于或等