專利名稱：具有改進(jìn)的耐粘污性的水凈化膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及液體處理的領(lǐng)域，尤其是使用水凈化膜進(jìn)行污水凈化的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
并非限制本發(fā)明的范圍，結(jié)合采用膜，更確切地說(shuō)，水凈化膜進(jìn)行凈化的方法與裝 置描述本發(fā)明的背景。世界各地均使用水凈化膜以除去污染物，但是，其應(yīng)用的主要缺點(diǎn)之 一是膜污染。通常，當(dāng)水中的雜質(zhì)在膜表面或膜的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)中沉積時(shí)會(huì)發(fā)生膜污染。 這些沉積物導(dǎo)致水通量的顯著降低，從而增加操作成本，并且降低膜的使用壽命。膜污染的 主要來(lái)源之一為對(duì)疏水表面，如商業(yè)化的R0、NF和UF膜，具有高結(jié)合親和力的有機(jī)化合物。 大多數(shù)研究致力于通過增加膜的親水性以降低在表面上的成分的結(jié)合親和性來(lái)降低污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，需要一種降低污垢粘附力并且可應(yīng)用到目前商業(yè)化的 R0、NF以及UF膜以形成高度親水表面的方法和組合物。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，施加到膜 表面的聚多巴胺涂層增加表面的親水性并導(dǎo)致膜污染的降低。這種污染降低導(dǎo)致當(dāng)過濾如 油-水乳液、蛋白質(zhì)溶液以及天然水時(shí)具有更高的膜通量。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，許多研究探討了將親水分子接枝或涂覆到膜表面以減輕 膜污染。但是，本發(fā)明的發(fā)明人也認(rèn)識(shí)到這些技術(shù)中許多并不適用于多種類型的水凈化膜， 并且許多需要商業(yè)上不可行的處理步驟，例如等離子體處理。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，當(dāng)將聚多巴胺用于修飾水凈化膜表面時(shí)，聚多巴胺沉積 增加膜的親水性，同時(shí)不會(huì)顯著降低膜的純水通量，從而使其非常適用于減輕污染。本發(fā)明 包括通過在膜表面上沉積聚多巴胺涂層以形成聚多巴胺涂覆膜來(lái)降低膜污染的方法。所述 聚多巴胺涂覆膜具有高水通量以及增加的膜親水性，這有利于經(jīng)聚多巴胺處理的膜的耐粘 污性(fouling resistance) ο本發(fā)明包括一種液體分離裝置，該液體分離裝置具有凈化膜、沉積在凈化膜上以 形成聚多巴胺涂覆的膜的聚多巴胺層、以及置于所述聚多巴胺涂覆膜的不同側(cè)面的一個(gè) 或多個(gè)容器，所述容器用于容納分離后的液體，其中，所述聚多巴胺層增加了凈化膜的親水 性，并且所述聚多巴胺涂覆膜具有高水通量。本發(fā)明還包括具有聚合物基體凈化膜的凈化膜和沉積在凈化膜上以形成具有高 水通量和高親水性的聚多巴胺涂覆膜的聚多巴胺層。本發(fā)明還包括凈化膜、沉積到凈化膜上以形成聚多巴胺涂覆膜的聚多巴胺層，以 及通過接枝到聚多巴胺層或涂覆到聚多巴胺層上形成的另一個(gè)聚合物層。該聚合物層用于 進(jìn)一步增強(qiáng)凈化膜的耐粘污性。


為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的闡述，其中圖1是多巴胺和聚多巴胺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是超濾(UF)聚砜膜的透過率隨不同聚多巴胺沉積時(shí)間的變化曲線；圖3A、3B、3C、3D、和3E以及3F是對(duì)聚多巴胺修飾的和未修飾的UF膜、納濾(NF) 膜和反滲(RO)膜的膜污染研究圖；圖4A、4B和4C是聚多巴胺修飾的UF膜和RO膜、聚多巴胺修飾的被胺基封端的聚 乙二醇接枝到膜表面的UF膜和RO膜，以及未修飾的UF膜和RO膜的污染對(duì)比曲線圖；圖5是初期的(未被污染的)和被污染的聚多巴胺修飾的以及未修飾的UF膜、NF 膜和RO膜的純水通量的對(duì)比圖；圖6是通過磁懸天平測(cè)量的粘附到各種基底的靜態(tài)蛋白質(zhì)的圖；圖7顯示的是具有與膜液池相連接的給料槽的橫流系統(tǒng)；以及圖8是改進(jìn)的橫流系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述盡管本發(fā)明的各種實(shí)施方案的制造和使用將在下文詳細(xì)討論，但是應(yīng)該明白本發(fā) 明提供了許多可適用的發(fā)明構(gòu)思，這可以體現(xiàn)在廣泛的具體上下文中。本文討論的具體實(shí) 施方案僅僅是制造和使用本發(fā)明的示例性的具體方式，而非限制本發(fā)明的范圍。為了有利于對(duì)本發(fā)明的理解，對(duì)一些術(shù)語(yǔ)定義如下。本文定義的術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明 相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的含義。例如術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”(“a”、“an”)和“該”(“the”) 不是指只有一個(gè)單個(gè)的實(shí)體，而是包括使用具體的實(shí)例說(shuō)明的總的類別。本文的術(shù)語(yǔ)用于 描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但是除了權(quán)利要求書中所述，它們的使用并不限定本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“分子”是指以一種確定的排列通過共價(jià)化學(xué)鍵組合在一起的 兩個(gè)或多個(gè)原子的組合，并且通常被認(rèn)為是仍然保持其組成和化學(xué)性質(zhì)的純物質(zhì)的最小粒 子。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“水通量”或“通量”是指在給定時(shí)間內(nèi)流過給定膜面積的溶液 (例如，水、清潔水等)的體積。流過濾筒的水的量的量度。此外，單個(gè)的單體、共聚物、子單元或聚合物可以被一個(gè)或多個(gè)分子、基團(tuán)或原子 取代。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以改變修飾的數(shù)量、方位、位點(diǎn)和類型。所述修飾可以包括添 加一個(gè)或多個(gè)以下基團(tuán)低級(jí)烷基、鏈烯基、氨基、芳基、烷基芳基、鹵素(halogen)、鹵代 (halo)、鹵代烷基、磷?；蛩鼈兊慕M合。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，修飾或取代的多巴胺 可在膜表面形成聚多巴胺。取代基可以是一種或多種低級(jí)烷基基團(tuán)、鏈烯基基團(tuán)、氨基基 團(tuán)、芳基基團(tuán)、烷基芳基基團(tuán)、鹵素基團(tuán)(halogen groups)、鹵代基團(tuán)(halo groups)、鹵代 烷基基團(tuán)、磷?；鶊F(tuán)或它們的組合。取代的聚多巴胺可以具有一個(gè)或多個(gè)基團(tuán)，并且這些 基團(tuán)可以是相似的或不同的基團(tuán)。本發(fā)明包括用多巴胺處理膜的沉積方法，以在膜表面形成聚多巴胺，就多孔膜而 言，在膜孔內(nèi)部形成聚多巴胺。這種方法優(yōu)于其它的修飾，因?yàn)樗鼘?duì)于幾乎任何膜載體都有 廣泛的適用性。聚多巴胺非特異性地粘附到幾乎任何與它接觸的表面。沉積過程通過如下 步驟進(jìn)行將多巴胺溶解在堿性水溶液中(例如，PH約為8至pH為14)，并且將膜在上述 溶液中浸漬一段時(shí)間(例如，1分鐘到幾天)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，可以改變膜接觸 多巴胺溶液的時(shí)間長(zhǎng)度，從而改變?cè)谀け砻嫔铣练e的多巴胺的量(并且因此改變聚多巴胺的量)。例如，可以使用濃度為每毫升三羥甲基氨基甲烷(TRIS)緩沖溶液(pH = 8-10)中 2毫克多巴胺的多巴胺溶液。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，可以改變多巴胺濃度，使用的緩沖 液也是如此，并且如果需要的話，多巴胺可在無(wú)緩沖的堿性水溶液中應(yīng)用，以改變沉積在膜 上的多巴胺的量(并且因此改變聚多巴胺的量)。除了形成沉積在膜上的一個(gè)聚多巴胺層或具有聚多巴胺的膜組合物外，本發(fā)明還 包括具有多巴胺/聚多巴胺作為添加劑的多個(gè)層和組合物。當(dāng)多巴胺/聚多巴胺作為添加 劑時(shí)，實(shí)際的多巴胺/聚多巴胺濃度為總濃度的百分比，并且可以為百分之0. 001至百分之 50。當(dāng)多巴胺/聚多巴胺的比例在百分之50以上時(shí)，認(rèn)為多巴胺/聚多巴胺為聚合物，并 且認(rèn)為任何添加的組合物均為添加劑。例如，多巴胺/聚多巴胺添加劑的濃度可以為百分 之 0. 1,0. 2,0. 3,0. 4,0. 5、1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、至 50。這里列出的百分比是舉例， 所以應(yīng)該知道，本領(lǐng)域技術(shù)人員能預(yù)期添加劑在0. 001和50之間列出的每一個(gè)值的使用， 例如，37. 45%和 14. 96%。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，大多數(shù)經(jīng)過表面修飾的膜通常具有顯著的純水通量損 失，因?yàn)樾揎椡ǔＩ婕疤砑语@著增加膜的總傳質(zhì)阻力的聚合物層。關(guān)于由對(duì)膜表面進(jìn)行修 飾引起這種水通量損失的例子，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參見Journal of Membrane Science, 307卷，260-267頁(yè)Q008)，Ju等，如在表3中所示，通過超濾膜的水的滲透率從在未修飾膜 中的141L/(m2h bar)降低到在用聚乙二醇型材料修飾的膜中的36L/(m2h bar)。與未涂覆 的膜相比，聚多巴胺修飾的膜可以簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)為相對(duì)小的純水通量損失，因?yàn)槌练e在膜上 的聚多巴胺的量很小。此外，當(dāng)在親水性膜上使用高疏水性聚合物涂層時(shí)，分層通常是一個(gè)問題，因?yàn)槭?水性聚合物涂層在水中會(huì)膨脹。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，聚多巴胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)(例如，含有 兩個(gè)羥基基團(tuán)的多巴胺單體)最有可能導(dǎo)致與膜載體形成強(qiáng)的物理鍵合。這些物理鍵確保 高的聚多巴胺鍵合，從而不會(huì)發(fā)生涂層的分層。當(dāng)將聚多巴胺修飾的聚砜UF膜在極端酸性 條件下(3N HCl)超聲5分鐘時(shí)，沒有可見的聚多巴胺層的損失，這是這種強(qiáng)鍵合的物證。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，聚多巴胺沉積可用于各種不同的表面，并且無(wú)論膜材料 如何，均可允許對(duì)各種不同的膜進(jìn)行表面修飾。本領(lǐng)域使用的大多數(shù)表面修飾技術(shù)僅適用 于一種特定類型的膜。聚多巴胺可沉積到幾乎任何它接觸到的表面上，從而允許將它用于 任何膜上。此外，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，聚多巴胺的親水性可與被廣泛用作防污表面改性 劑的聚乙二醇修飾的表面的親水性相匹敵(通過測(cè)量接觸角證實(shí))。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，為了使足夠的聚多巴胺沉積到膜表面上，需要花費(fèi)相當(dāng) 長(zhǎng)的時(shí)間，這是因?yàn)閷⒍喟桶忿D(zhuǎn)化為聚多巴胺的氧化反應(yīng)和沉積是比較緩慢的過程。例如， 本發(fā)明的發(fā)明人使用在多巴胺溶液中浸泡60分鐘的樣品用于減少生物膜形成和抗污染的 研究。雖然這不是非常長(zhǎng)，但對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，更短或更長(zhǎng)的浸泡時(shí)間可能會(huì)是最佳的。 本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，可以根據(jù)多種因素，如溶液PH值、多巴胺濃度、基底材料的溫度 等，改變膜在多巴胺溶液中的浸泡時(shí)間，變化范圍為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、 15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27，28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、 40、50、60、120 或 120 分鐘以上。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，聚多巴胺結(jié)構(gòu)在氧化(堿性)環(huán)境中也是有利的，因?yàn)檫m 當(dāng)?shù)墓曹椃肿訒?huì)與它共價(jià)建合，并且允許在疏水膜和親水涂層之間使用聚多巴胺作為中間層。該聚多巴胺層改進(jìn)了對(duì)膜載體的粘附性，從而允許長(zhǎng)期的膜運(yùn)行。此外，聚多巴胺結(jié)構(gòu)的親水性增加了聚多巴胺涂覆的疏水膜的潤(rùn)濕性并降低了親 水涂層的缺陷，因?yàn)橛糜谕扛材さ娜芤喝菀讓⒛け砻鏉?rùn)濕。膜涂層還通過不允許污染物與 底層膜的多孔結(jié)構(gòu)接觸而減少了污染。本發(fā)明提供了一種在基底層上的聚多巴胺沉積層，并且允許基底為各種各樣的物 質(zhì)和材料。本發(fā)明的聚多巴胺沉積層提供了高親水性，并且當(dāng)用于修飾水凈化膜表面時(shí)適 合減輕污染。聚多巴胺，一種親水性聚合物，可在與它接觸的幾乎任何表面上沉積。因此，它有 潛力在許多膜的水凈化應(yīng)用中被廣泛用作有效的防污涂層。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，當(dāng)沉 積到反滲透(RO)聚酰胺膜、納濾(NF)聚酰胺膜和超濾(UF)聚砜膜上時(shí)，聚多巴胺層耐污 染。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，如果多巴胺可對(duì)這些膜的污染特性產(chǎn)生積極的影響， 那么它也可以對(duì)其它膜和過濾介質(zhì)如微濾(MF)膜的污染特性產(chǎn)生積極影響。本發(fā)明包括通過將聚多巴胺涂層沉積到膜上以形成聚多巴胺涂覆膜來(lái)降低膜污 染的方法。所述聚多巴胺涂覆膜具有高水通量和增加的膜表面親水性。在一些實(shí)施例中，所述聚多巴胺涂覆膜的通量與未涂覆的膜的通量相同，因此，當(dāng) 與未涂覆的膜相比時(shí)，顯示表現(xiàn)了 100%通量。在一些實(shí)施例中，對(duì)疏水微濾膜或大孔徑超 濾膜進(jìn)行聚多巴胺修飾，可增加孔結(jié)構(gòu)的潤(rùn)濕性，具有可忽略不計(jì)的外加孔徑尺寸的降低 減少可忽略不計(jì)，從而導(dǎo)致與未修飾的膜相比純水通量的有效增加。因?yàn)槟ど嫌型繉拥拇?在時(shí)，聚多巴胺涂覆膜可能以具有高通量，并且與未修飾的膜相比具有150%到至0%之間 的通量。聚多巴胺修飾膜的一般高通量值為未修飾的膜的約125、110、99、95、90、85、80、75、 70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10和5%0但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，上述 百分比為估計(jì)值并且可以具有士百分之5的變化。此外，所述聚多巴胺、膜或兩者還可以 通過添加一種或多種如下基團(tuán)物質(zhì)進(jìn)行修飾納米金屬、納米顆粒、鹵素、羥基基團(tuán)、低級(jí)烷 基基團(tuán)、低級(jí)烷氧基基團(tuán)、單環(huán)芳基、低級(jí)?；鶊F(tuán)，一種或多種選自R00H、ROSH、RSSH、0H、 S03H、S03R、S04R、C00H、NH2、NHR、NI 2、C0NH2、和 NH-NH2 中的官能團(tuán)，其中 R 表示能形成至少 一個(gè)碳基環(huán)的飽和或不飽和的直鏈或支鏈的烴基鏈；亞烷基、硅氧烷、硅烷、醚、聚醚、硫醚、 亞甲硅基以及、硅氮烷以及它們的組合。用于聚多巴胺修飾的載體膜包括以下的一種或多種聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯 乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、環(huán)烯烴共聚物、環(huán)烯烴聚合物、丙烯酸酯聚合物、 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯乙炔(polyphenylene vinylene)、聚醚醚酮、聚(N-乙 烯基咔唑)、丙烯腈-苯乙烯共聚物或聚醚酰亞胺聚(對(duì)苯乙烯撐)(polyetherimide polybhenylenevinylene))、聚砜、磺化聚砜、苯乙烯和丙烯腈聚(亞芳基氧化物)的共 聚物、聚碳酸酯、醋酸纖維素、含哌嗪的聚合物、聚合電解質(zhì)、聚(苯乙烯)、含苯乙烯的 共聚物、丙烯腈苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基芐基鹵化物共聚 物；聚碳酸酯；纖維素聚合物、醋酸-丁酸纖維素、丙酸纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素、 硝化纖維素、聚酰胺、聚酰亞胺、芳基聚酰胺、芳基聚酰亞胺、聚醚、聚(亞芳基氧化物)、 聚(苯醚)、聚(二甲苯氧化物) ’聚(酯酰胺-二異氰酸酯)、聚氨酯、聚酯(包括聚芳酯 (polyarylate))、聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚(甲基丙烯酸烷基酯)、聚(丙烯酸酯)、 聚(對(duì)苯二甲酸苯二酯)、聚硫化物、聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(丁烯-1)、聚甲基戊烯-1)、乙烯類聚合物、聚(氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚 (乙烯醇)、聚(乙烯酯)、聚(醋酸乙烯酯)、聚(丙酸乙烯酯)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙 烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基醚)、聚(乙烯基酮)、聚(乙烯基醛)、聚(乙烯醇縮甲醛)、 聚(乙烯醇縮丁醛)、聚(乙烯基酰胺)、聚(乙烯胺)、聚(乙烯基氨基甲酸酯)、聚(乙烯 脲)、聚(乙烯基磷酸鹽)、聚(乙烯基硫酸鹽)、聚烯丙基；聚(苯并苯并咪唑)、聚酰胼、聚 噁二唑、聚三唑，聚(苯并咪唑)、聚碳化二亞胺、聚膦嗪以及它們的組合。膜涂層進(jìn)一步通過不允許污染物與底層膜的孔結(jié)構(gòu)接觸而降低污染。親水層到疏 水膜的鍵合也在其它膜應(yīng)用中提供了實(shí)際的用途，包括滲透蒸發(fā)和氣體分離，其中親水性 聚合物的可膨脹性是一個(gè)問題。圖1是多巴胺和聚多巴胺的結(jié)構(gòu)示意圖。多巴胺的自聚合反應(yīng)使溶液的顏色在小 于一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)從透明的紅色改變?yōu)樯钭厣?，并且在僅幾分鐘的浸泡時(shí)間后在膜表面 上就可見沉積的聚多巴胺。該沉積層緊密地結(jié)合到膜的表面，因?yàn)榧词乖?N HCl下超聲約 5分鐘，膜也沒有脫色。此外，刮膜表面并沒有明顯地去除所述沉積層。雖然上述示意圖提供了多巴胺和聚多巴胺的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供了可以使用的其 它胺取代的苯二醇組合物。例如，本發(fā)明也可使用其它任何含芳香二羥基基團(tuán)的分子形成 膜改性劑。芳香族分子可以含有3至8個(gè)碳原子并包括1個(gè)或多個(gè)雜原子，例如，苯并噻唑、 苯并異噁唑、苯并噁唑、吲唑、嘌呤、苯并咪唑、苯并[c]噻吩、苯并噻吩、異吲哚、吲哚、異苯 并呋喃、苯并呋喃、萘、萘衍生物、喹啉、喹唑啉、噌啉、異喹啉和它們的取代物和改性物。此 外，多巴胺或其它含芳香二羥基和胺基的分子可以是共聚的，或者為多-單體組合物的一 個(gè)構(gòu)成單元，所述多-單體組合物可為含有芳香二羥基、氨基或巰基官能團(tuán)的各種不同的 分子。這些聚合物也可用于修飾膜表面。圖2是超濾(UF)聚砜膜的滲透性隨不同聚多巴胺沉積時(shí)間的變化曲線圖。穿過聚 多巴胺修飾的聚砜膜的水傳輸能力作為膜在多巴胺聚合溶液中的浸泡時(shí)間的函數(shù)來(lái)表征。 水通量隨浸泡時(shí)間的增加而降低，因?yàn)樵试S更大量的聚多巴胺沉積在膜上。但是，研究浸泡 時(shí)間低于1小時(shí)的膜成為熱點(diǎn)，因?yàn)檫@些膜的水通量與未修飾的膜相比僅顯示出輕微的下 降。例如，浸泡時(shí)間為30分鐘的膜能保持未修飾的膜的純水通量的約80%。這表明，膜的 孔隙結(jié)構(gòu)一般不受在較短浸泡時(shí)間內(nèi)聚多巴胺沉積的影響。聚多巴胺沒有在膜表面形成無(wú) 缺陷的吸附層，而是共形地沉積在膜表面和膜孔結(jié)構(gòu)上。因此，使用較短時(shí)間的聚多巴胺浸 泡會(huì)導(dǎo)致形成更高親水性的膜，由接觸角測(cè)量可見，膜的純水通量沒有顯著損失。表1顯示 了接觸角測(cè)量所示的親水性和基底在多巴胺溶液中的暴露時(shí)間的關(guān)系。表1
浸泡時(shí)間[h]接觸角(° )0108. 7±5. 00. 1649. 3±6. 9148. 6±4. 0257. 8±2. 權(quán)利要求
1.一種降低膜污染的方法，該方法包括如下步驟將多巴胺沉積到膜上以形成聚多巴胺涂覆膜，其中，所述聚多巴胺涂覆膜與未修飾的 膜相比具有較高的水通量以及增加的膜表面親水性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚多巴胺涂覆膜的純水通量為未修飾的膜 的通量的0至99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚多巴胺涂覆膜的純水通量為未修飾膜的 通量的約85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多巴胺包括選自添加鹵素、羥基基團(tuán)、低級(jí) 烷基基團(tuán)、低級(jí)烷氧基基團(tuán)、單環(huán)芳基、低級(jí)?；鶊F(tuán)以及它們的組合中的一種或多種取代 物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述膜包括RO膜、UF膜、NF膜或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚多巴胺涂覆膜包括以下中的一種或多種 聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、環(huán)烯烴共聚物、環(huán)烯烴聚合 物、丙烯酸酯聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯乙炔、聚醚醚酮、聚(N-乙烯基咔唑)、 丙烯腈-苯乙烯共聚物或聚醚酰亞胺聚(對(duì)苯乙烯撐)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多巴胺包括選自ROOH、ROSH、RSSH、OH、SO3H、 S03R、S04R、C00H、NH2、NHR、M2、CONH2和NH-NH2中的一種或多種官能團(tuán)，其中R表示能形成 至少一個(gè)碳基環(huán)的飽和或不飽和的直鏈或支鏈的烴基鏈；亞烷基、硅氧烷、硅烷、醚、聚醚、 硫醚、亞甲硅基以及硅氮烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚多巴胺涂覆膜包括一種或多種聚砜、苯乙 烯和丙烯腈聚亞芳基氧化物的共聚物、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚砜；聚苯乙烯、含苯乙烯的 共聚物、丙烯腈苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基芐基鹵化物共聚物； 聚碳酸酯；纖維素聚合物、醋酸-丁酸纖維素、丙酸纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素、硝化 纖維素、聚酰胺、聚酰亞胺、芳基聚酰胺、芳基聚酰亞胺、聚醚、聚亞芳基氧化物、聚苯醚、聚 二甲苯氧化物；聚(酯酰胺-二異氰酸酯)、聚氨酯、聚酯(包括聚芳酯)、聚對(duì)苯二甲酸乙 二醇酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丙烯酸酯、聚對(duì)苯二甲酸苯二酯、聚硫化物、聚乙烯、聚丙 烯、聚丁烯-1、聚4-甲基戊烯-1、乙烯類聚合物、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏 二氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯酯、聚醋酸乙烯酯、聚丙酸乙烯酯、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡 咯烷酮、聚乙烯基醚、聚乙烯基酮、聚乙烯基醛、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯 基酰胺、聚乙烯胺、聚乙烯基氨基甲酸酯、聚乙烯脲、聚乙烯基磷酸鹽、聚乙烯基硫酸鹽、聚 烯丙基；聚苯并苯并咪唑、聚酰胼、聚噁二唑、聚三唑、聚苯并咪唑、聚碳化二亞胺、聚膦嗪以 及它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括將一個(gè)或多個(gè)第二涂層施加到所述聚多 巴胺涂覆膜上的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括將一個(gè)或多個(gè)親水涂層施加到所述聚 多巴胺涂覆膜上的步驟。
11.一種液體分離裝置，其包括凈化膜；沉積在該凈化膜上以形成聚多巴胺涂覆膜的聚多巴胺層，其中，所述聚多巴胺層增加了所述凈化膜的親水性，并且所述聚多巴胺涂覆膜具有高水通量；以及置于所述聚多巴胺涂覆膜的不同側(cè)面的一個(gè)或多個(gè)容器，所述容器用于容納分離后的 液體。
12.—種凈化膜，其包括 疏水凈化膜；聚多巴胺層，該聚多巴胺層與所述疏水凈化膜接觸以形成聚多巴胺涂覆的疏水凈化 膜，該聚多巴胺涂覆的疏水凈化膜與未修飾的疏水膜相比具有高水通量和高親水性；以及 親水涂層，該親水涂層與所述聚多巴胺層接觸以形成疏水-聚多巴胺-親水多層凈化膜。
13.一種凈化膜，其包括 聚合物基體凈化膜；以及含芳香二羥基和胺的單體，該含芳香二羥基和胺的單體沉積在所述凈化膜上以形成芳 香二羥基和胺涂覆的凈化膜，該芳香二羥基和胺涂覆的凈化膜與未修飾的膜相比具有高水 通量和高親水性。
14.一種凈化膜，其包括 聚合物基體凈化膜；以及聚多巴胺層，該聚多巴胺層沉積在所述凈化膜上以形成聚多巴胺涂覆的凈化膜，該聚 多巴胺涂覆的凈化膜與未修飾的膜相比具有高水通量和高親水性。
15.用于修飾常規(guī)凈化膜的聚多巴胺涂覆膜體系，其包括 置于給料槽中的多巴胺溶液；與給料槽連接的泵，用于將多巴胺溶液轉(zhuǎn)移以提供高跨膜壓力； 將泵與膜連接起來(lái)的膜入口接頭，以使多巴胺溶液沉積到膜上；以及 將膜與給料槽連接起來(lái)的膜出口接頭，以使多巴胺溶液回到給料槽中。
全文摘要
本發(fā)明包括用于液體分離和水凈化的方法和組合物。本發(fā)明包括一種凈化膜，該凈化膜具有經(jīng)聚多巴胺處理以形成具有高水通量和高親水性的聚多巴胺涂覆膜的聚合物基體凈化膜。
文檔編號(hào)B01D71/00GK102149450SQ200980135365
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者B·D·弗里曼, B·D·麥克洛斯基, H·B·樸 申請(qǐng)人:德克薩斯州立大學(xué)董事會(huì)