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CN118695898A - 具有硅烷添加剂的界面聚合聚酰胺反渗透膜 - Google Patents

具有硅烷添加剂的界面聚合聚酰胺反渗透膜 Download PDF

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CN118695898A
CN118695898A CN202380017678.8A CN202380017678A CN118695898A CN 118695898 A CN118695898 A CN 118695898A CN 202380017678 A CN202380017678 A CN 202380017678A CN 118695898 A CN118695898 A CN 118695898A
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semi
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organic phase
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CN202380017678.8A
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雷伊汗·森古尔-塔斯德米尔
托尔斯滕·霍比·巴克·雷盖拉
布雷特·霍姆伯格
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Aquaporin AS
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Aquaporin AS
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Abstract

本公开涉及用于制备包括多孔支撑膜和薄膜复合(TFC)层的半渗透膜的方法，包括提供包括多官能胺单体的水性相，用水性相覆盖多孔支撑膜的表面，提供包括多官能酰卤单体和成孔剂的有机相，用有机相覆盖水性相，并使多官能胺单体、多官能酰卤单体和成孔剂进行界面聚合反应以形成聚酰胺TFC层。本公开还涉及一种用于水过滤的膜，特别是进行正渗透(FO)、反渗透(RO)或压力辅助正渗透(PAFO)的膜形式，所述膜包括聚酰胺TFC层。

Description

具有硅烷添加剂的界面聚合聚酰胺反渗透膜
技术领域
本公开涉及一种用于水过滤的膜，特别是进行正渗透(FO)、反渗透(RO)或压力辅助正渗透(PAFO)的膜形式。本公开还涉及用于水过滤的膜的生产以及该膜用于进行正渗透操作的用途。
背景技术
反渗透(RO)通常用于处理包含溶解盐的水。应用反渗透技术的实例是使用海水或半咸水生产脱盐饮用水。近年来，正渗透(FO)变得越来越流行。在正渗透设备中，进料通常被脱水以浓缩进料流，而汲取溶液被迁移穿过膜的水稀释。
用于RO和FO的膜可以包括支撑膜和附接至支撑膜的活性层。任选地，膜还可以包括第三层，即通常由非织造聚酯纤维制备的底层。活性层决定了膜就通量、溶质截留率和污染倾向而言的特性和性能。活性层通常是聚酰胺的薄膜复合(TFC)层。聚酰胺TFC层可以通过水相中的二胺和无机相中的酰氯之间的界面聚合在支撑膜上制造。通常，二胺是1,3-苯二胺(MPD)，并且酰氯是1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)。
有效的膜期望地具有高的水通量和高的溶质截留率。然而，这两种特性通常是相互排斥的，因为需要更高的溶质截留率的具有小孔的更致密的膜阻碍了高水通量。因此，广泛的研究集中于开发既具有较高程度的水通量又具有可接受的溶质截留率的膜。
实现高水通量的一种方法是通过向水相(即，二胺溶液)中添加添加剂来提高单体扩散率。例如，在水相中添加醇和醚可导致更高的渗透物通量和更高的盐截留率。通过添加20wt％的异丙醇制备的聚酰胺膜所示出的高性能是，在1.5MPa下，对于1500ppm NaCl的截留率为99.7％，并且水通量超过1.7m3/(m2d)，这是没有异丙醇制备的膜(参见美国专利5,614,099)的约1.7倍。Lin Zhao,Philip C.-Y.Chang,W.S.Winston Ho,High-flux reverseosmosis membranes incorporated with hydrophilic additives for brackish waterdesalination,Desalination 308(2012)225–232公开了向水相中添加亲水性添加剂导致更高的水通量和更高的盐截留率。通过添加2.85wt％的邻-氨基苯甲酸以及通过在5wt％的甘油和6wt％的CSA-TEA盐的水性溶液中浸泡随后在90℃下干燥14min的后处理而制备的聚酰胺膜所示出的最佳性能是，在1.55MPa下，对于2000ppm NaCl的截留率为98.8％并且渗透物通量超过2.1m3/(m2d)，这是没有亲水性添加剂制备的膜的超过两倍。W.Xie,G.M.Geise,B.D.Freeman,H.S.Lee,G.Byun,J.E.McGrath,Polyamide interfacial compositemembranes prepared from m-phenylene diamine,trimesoyl chloride and a newdisulphonated diamine,J.Membr.Sci.403–404(2012)152–161报道了优化在二胺和酰氯之间的浓度导致更高的渗透物通量和更高的盐截留率。
实现更高的水通量的另一种方法是向有机相中添加添加剂。Byeong-Heon Jeonga,Eric M.V.Hoek,Yushan Yan b,Arun Subramani,Xiaofei Huanga,Gil Hurwitz,AsimK.Ghosha,Anna Jawor,Interfacial polymerization of thin film nanocomposites:anew concept for reverse osmosis membranes,J.Membr.Sci.294(2007)1–7公开了一种新的膜概念，由此通过向有机相中添加无机纳米尺寸的颗粒(例如，沸石)来完成制造，这导致更高的渗透物通量。C.Kong,A.Koushima,T.Kamada,T.Shintani,M.Kanezashi,T.Yoshioka,T.Tsuru,Enhanced performance of inorganic–polyamide nanocompositemembranes prepared by metal alkoxide-assisted interfacial polymerization,J.Membr.Sci.366(2011)382–388公开了通过向有机相中添加金属醇盐，有机-无机杂化膜的更高的渗透物通量。通过添加5wt％的苯基三乙氧基硅烷制备的聚酰胺膜所示出的最佳性能具有可忽略不计的截留率损失。C.Kong,M.Kanezashi,T.Yamamoto,T.Shintani,T.Tsuru,Co-solvent-mediated synthesis of thin polyamide membranes,J.Membr.Sci.362(2010)76–80以及C.Kong,以及T.Shintani,T.Kamada,V.Freger,T.Tsuru,Co-solvent-mediated synthesis of thin polyamide membranes,J.Membr.Sci.384(2011)10–16公开了向有机相中添加助溶剂增强了界面处的混溶性，并且使用模型类型的聚酰胺(其是MPD/TMC聚酰胺)不向水相中添加添加剂导致高程度的渗透物通量。通过向有机相中添加2wt％的丙酮制备的聚酰胺膜所示出的最佳性能是，在1.5MPa下，对于500ppm的葡萄糖，葡萄糖截留率为99.4％，并且水通量超过1.4m3/(m2 d)，这是没有丙酮制备的膜的约4倍。
Takashi Kamada,Tomomi Ohara,Takuji Shintani,Toshinori Tsuru,Controlled surface morphology of polyamide membranes via the addition of co-solvent for improved permeate flux,Journal of Membrane Science 467(2014)303–312公开了通过界面聚合制备具有受控表面形态的聚酰胺膜，其中将包括丙酮、乙酸乙酯、二乙醚、甲苯、异丙醇(IPA)和N,N0-二甲基甲酰胺(DMF)的助溶剂添加到有机相中，这使得可以控制表面形态。Zhaofeng Liu,Guiru Zhu,Yulin Wei,Dapeng Zhang,Lei Jiang,Haizeng Wang和Congjie Gao,Enhanced flux performance of polyamide compositemembranes prepared via interfacial polymerization assisted with ethylformate,Water Science&Technology,76.7(2017)1884-1894公开了将作为助溶剂的甲酸乙酯添加到有机相中。
Zhao Zhang,et al.,Tailoring the internal void structure of polyamidefilms to achieve highly permeable reverse osmosis membranes for waterdesalination,Journal of Membrane Science 595(2020)117518报道了一种通过将空隙剪裁剂3,3,3-三氟丙基三氯硅烷(TFPTCS)引入到用于在支撑膜上形成薄膜复合(TFC)层的传统界面聚合中来开发RO膜的策略。应注意的是，在界面聚合期间TFPTCS的反应导致孔径和孔隙率增加。
发明内容
因此，一个目的是提供一种用于制备半渗透膜的方法，该半渗透膜在不牺牲盐截留率的情况下具有改善的通量。这项技术为例如反渗透或正渗透等膜组件的用户节约了能源。通过在参与界面聚合的有机相中使用迄今未知的成孔剂，获得了膜的改进性能。
根据第一方面，提供了一种用于提供包括多孔支撑膜和薄膜复合(TFC)层的半渗透膜的方法，包括以下步骤：
提供包括多官能胺单体的水性相，
用所述水性相覆盖多孔支撑膜的表面，
提供包括多官能酰卤单体和选自由以下通式表示的化合物的成孔剂的有机相
其中
R1、R2、R3、R4、R5独立地选自包括以下的组：H、直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，以及选自包括F、Cl、Br和I的组的卤素，
n是选自0、1、2、3或4的整数，
X是选自Cl、Br和I的卤素，
用所述有机相覆盖所述水性相，并使所述多官能胺单体、所述多官能酰卤单体和所述成孔剂进行界面聚合反应以形成聚酰胺TFC层。
已知化合物3,3,3-三氟丙基三氯硅烷(TFPTCS)可以用作参考成孔剂，并且本公开的发明人惊奇地发现，通过使用根据本公开的成孔剂，在盐截留率基本上不受影响的同时可以获得更高的通量。还令人惊奇地发现，在中试规模的实验中，证明比先前公开的浓度低得多的TFPTCS对增加通量是有效的，同时基本上不影响盐截留率。
从从属权利要求和说明书中，进一步的实现形式是显而易见的。
因此，在第一方面的可能实现形式中，所述成孔剂在所述有机相中的浓度为0.0001％wt至0.05％wt的范围内。这种低浓度可以有利地允许使用更少量的环境破坏性化合物，诸如氟化物或其它含卤素的化合物。
在第一方面的可能实现形式中，所述成孔剂由下式表示：
即，三氯(苯乙基)硅烷(TCPES)。
通过使用TCPES作为成孔剂，可以有利地避免使用环境破坏性化合物，诸如氟化物或含卤素的化合物。
在第一方面的其他可能实现形式中，所述TCPES在所述有机相中的浓度包括约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.00025wt％至0.0005wt％。通过使用较低浓度的成孔剂，可以有利地使用较少量的潜在昂贵的化合物，从而降低工业规模的膜生产成本。
在第一方面的可能实现形式中，所述成孔剂由下式表示：
即，三氯[3-(五氟苯基)]硅烷(TCPFPS)。
在第一方面的可能实现形式中，所述TCPFPS在所述有机相中的浓度包括约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.000125wt％至0.0005wt％。
这种低浓度可以有利地允许使用更少量的环境破坏性化合物，诸如氟化物或其它含卤素的化合物。
在第一方面的可能实现形式中，使用约0.1％wt至0.25％wt的酰卤。
在第一方面的可能实现形式中，使用约0.10％wt、0.18％wt或0.21％wt的TMC酰卤。
在第一方面的优选实现形式中，使用约0.12％wt的酰卤。
在第一方面的优选实现形式中，将约0.12％wt的酰卤与约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.00025wt％的TCPES组合使用。通过使用所述组合，可以有利地在保持半渗透膜的盐截留率的同时增加通量。
在第一方面的优选实现形式中，将约0.12％wt的酰卤与约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.000125wt％的TCPFPS组合使用。通过使用所述组合，可以有利地在保持半渗透膜的盐截留率的同时增加通量。
在第一方面的可能实现方式中，所述有机相进一步包括选自由甲酸乙酯、乙酸乙酯和二乙醚组成的组的助溶剂。
在第一方面的可能实现形式中，所述助溶剂在所述有机相中的浓度为0.005至5％。
在第一方面的可能实现形式中，所述有机相的主要溶剂包括直链或支链C5-C12烷烃。
在第一方面的可能实现形式中，所述水性相进一步包括水孔蛋白。
在第一方面的可能实现形式中，所述水性相进一步包括具有在其中引入水孔蛋白的囊泡。
在第一方面的可能实现形式中，所述囊泡包括聚-嵌段-(2-甲基噁唑啉)-聚-嵌段-(二甲基硅氧烷)(PMOXA-PDMS)。
在第一方面的可能实现形式中，所述囊泡进一步包括聚(二甲基硅氧烷)作为囊泡膜形成材料。
在第一方面的其他可能实现形式中，所述聚(二甲基硅氧烷)是胺官能化的。
在第一方面的可能实现形式中，所述支撑膜包括聚砜或聚醚砜聚合物。
在第一方面的可能实现形式中，所述方法进一步包括通过在壳体中组装一束中空纤维来生产中空纤维组件的步骤，其中，用于传递第一溶液的入口在一端连接至所述中空纤维的内腔并且出口在另一端连接至所述内腔，并且在所述壳体中设置入口用于将第二溶液传递至与所述壳体连接的出口。
在第一方面的可能实现形式中，所述方法进一步包括通过卷绕所述平板膜来生产螺旋卷式组件的步骤。
在第二方面中，公开了一种半渗透膜，它是根据上文和权利要求中所公开的方法制备的。
在第三方面中，中空纤维组件是根据上文和权利要求中所公开的方法制备的。
在第四方面中，螺旋卷式组件是根据上文和权利要求中所公开的方法制备的。
在第五方面中，根据以上公开的所述中空纤维组件或所述螺旋卷式组件的用途被提供用于通过反渗透制备水渗透物。
在第六方面中，根据以上公开的所述中空纤维组件或所述螺旋卷式组件的用途被提供用于通过正渗透来浓缩产物溶液。
在第七方面中，提供了一种制备半渗透膜的方法，其中将三氟丙基三氯硅烷(TFPTCS)用作成孔剂。
在第七方面的可能实现形式中，所述TFPTCS在所述有机相中的浓度为0.0001％wt至0.05％wt的范围内。
在第七方面的优选实现形式中，所述TFPTCS在所述有机相中的浓度包括约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.00025wt％至0.0005wt％，诸如约0.00037wt％。通过使用较低浓度的成孔剂，可以有利地使用较少量的潜在昂贵且威胁环境的化合物。在约0.0005％wt以上的浓度时，盐截留率开始下降。因此，较低的浓度是优选的。
在第八方面中，提供了一种半渗透膜，所述半渗透膜包括多孔支撑膜和薄膜复合(TFC)层，所述薄膜复合层通过在选自以下通式表示的化合物的成孔剂存在下的多官能胺单体和多官能酰卤单体的界面聚合而形成
其中
R1、R2、R3、R4、R5独立地选自包括以下的组：H、直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，以及选自包括F、Cl、Br和I的组的卤素，
n是选自0、1、2、3或4的整数，
X是选自Cl、Br和I的卤素，其中，所述多官能胺单体、所述多官能酰卤单体和所述成孔剂形成聚酰胺薄膜复合(TFC)层。
在第八方面的可能实现形式中，所述成孔剂是三氯[3-(五氟苯基)]硅烷(TCPFPS)、三氯(苯乙基)硅烷(TCPES)或三氟丙基三氯硅烷(TFPTCS)。
在第八方面的可能实现形式中，所述半渗透膜进一步包括水孔蛋白蛋白质。
在第八方面的其他实现形式中，所述水孔蛋白蛋白质包括于囊泡中。
在第八方面的其他可能实现形式中，所述囊泡包括聚-嵌段-(2-甲基噁唑啉)-聚-嵌段-(二甲基硅氧烷)(PMOXA-PDMS)和，任选地胺官能化的聚(二甲基硅氧烷)作为囊泡膜形成材料。
附图说明
在本公开的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式更详细地解释这些方面、实施方式和实现方式，其中：
图1a-c表示根据本公开的成孔类似物的化学结构，并且
图2示出了成孔类似物在中试规模膜生产中的对比性能结果。
具体实施方式
多官能胺单体可以具有伯或仲氨基基团，并且可以是芳族的(例如，间苯二胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯、1,3,4-三氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸、2,4-二氨基甲苯、2,4-二氨基苯甲醚和亚二甲苯基二胺)或脂族的(例如，乙二胺、丙二胺、二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、苯三胺、双(六亚甲基)三胺、双(六亚甲基)三胺、双(3-氨基丙基)胺、六亚甲基二胺、N-牛油烷基二亚丙基、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺和三(2-二氨基乙基)胺)。多官能胺单体合适地是二胺或三胺化合物。优选的多胺物质的实例包括具有两个或三个氨基基团的芳族伯胺，最特别的是间苯二胺(MPD)，以及具有两个氨基基团的脂族仲胺，最特别的是哌嗪。
多官能酰卤单体通常是二酰卤或三酰卤化合物，其可以选自均苯三甲酰氯(TMC)、均苯三甲酰溴、间苯二甲酰氯(IPC)、间苯二甲酰溴、对苯二甲酰氯(TPC)、对苯二甲酰溴、己二酰氯、氰尿酰氯以及这些化合物的混合物。单体的多官能酰卤优选地由非极性有机溶剂涂覆，尽管多官能酰卤可以从气相中递送(对于具有足够蒸气压的多酰卤)。多官能酰卤本质上优选地是芳族的，并且每分子包含至少两个以及优选三个酰卤基团。由于其成本较低且更大的可用性，氯化物通常优于相应的溴化物或碘化物。一种优选的多官能酰基是TMC。
合适的成孔剂可以选自以下通式表示的化合物
其中
R1、R2、R3、R4、R5独立地选自包括以下的组：H、直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，以及选自包括F、Cl、Br和I的组的卤素，
n是选自0、1、2、3或4的整数，
X是选自Cl、Br和I的卤素，
当n为0时，形成代表苯基基团和硅烷基团之间共价键的直线。
有机相的主要溶剂可以选自众多化合物的组。合适的有机溶剂是例如下列非极性溶剂诸如烃中的一种或多种，其可以是未取代的或取代的。非极性溶剂包括芳族烃，例如单烷基取代或多烷基取代的苯，诸如甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙苯，或者单烷基取代或多烷基取代的萘，诸如1-甲基萘、2-甲基萘或二甲基萘，或其他苯衍生的芳族烃，诸如茚满、茚或四氢化萘或其混合物。非极性溶剂还包括脂族烃，例如，式CnH2n+2的直链脂族化合物，其中n＝5-12，或支链脂族化合物。直链或支链脂族化合物的合适实例包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、2-甲基丁烷(异戊烷)、2,2,4-三甲基戊烷(异辛烷)、异己烷、异庚烷、异壬烷、异十二烷、异十一烷、异十二烷或其组合。非极性脂族溶剂还包括环状的、任选地烷基取代的脂族化合物，诸如环己烷或甲基环戊烷或其混合物。非极性脂族溶剂作为D系列、系列或系列可商购。优选的非极性脂族溶剂包括E，具有的馏程为115-140℃且芳族含量小于按重量计0.002％。E主要包括C7至C10烷烃。另一种合适的非极性脂族溶剂是C，具有的馏程为99-104℃且芳族含量小于0.001。
所考虑的其他有机溶剂包括芳族烃和脂族烃的混合物，诸如系列的溶剂，例如，，100、150或200(ExxonMobil Chemicals)；系列的溶剂(TotalFinaElf)；或者系列，例如，28(Petrochem Carless)。
在使水性相的多官能胺单体与有机相的多官能酰卤单体和成孔剂反应以在支撑膜上形成交联的聚酰胺薄复合层之后，通常使溶剂和任选的助溶剂通过溶解、冲洗或洗涤离开交联的聚酰胺层。
在某一实施方式中，通过将半渗透膜在浴中维持一定时间以及然后使半渗透膜干燥，去除溶剂和任选的助溶剂。
尽管预期膜用于上述任何半渗透膜并能够进行正渗透过程，但当水孔蛋白水通道被引入到TFC层时，水通量通常变得更有效。水孔蛋白水通道是自然界中广泛存在的跨膜蛋白，用于选择性地将水输送到细胞内或细胞外。在工业环境中，半渗透膜中的水孔蛋白水通道通过渗透确保水的流动，而溶液中的其他溶质被截留。因此，活性水孔蛋白水通道的存在帮助半渗透膜截留溶质并促进水通过膜的渗透。
水孔蛋白水通道以活性构造引入膜中，用于至少显著的量的分子。根据本公开的方面，当水孔蛋白水通道被组装在包括聚亚烷基亚胺(诸如聚乙烯亚胺)的纳米结构中时，维持了水孔蛋白水通道的活性。如WO17137361(将其以其全文并入本文)中进一步详细解释的，聚亚烷基亚胺，诸如聚乙烯亚胺(PEI)，与跨膜蛋白，诸如水孔蛋白水通道形成自组装的纳米结构。纳米结构确保至少一部分的水孔蛋白水通道即使在引入TFC层后仍保持活性。目前认为，聚合物与跨膜蛋白相互作用，以防止其与参与TFC层形成的单体反应。此外，目前认为水孔蛋白纳米颗粒的PEI与PAI反应，并且因此变成整合在过渡层(gutter layer)中。
一般来说，PEI基本上是直链或支链聚合物，具有的平均分子量为约2,000Da至约10,000Da，诸如约3,000Da至约5,000Da。目前认为，相对短的聚合物与跨膜蛋白相互作用，以防止其与参与TFC层形成的单体反应，而同时基本上不会抑制与水的相互作用。
为了防止水孔蛋白水通道的聚集，在包括聚亚烷基亚胺的纳米结构中组装之前，将水孔蛋白水通道溶解在清洁剂中可以是有利的。由于水孔蛋白水通道在细胞膜中天然存在，该蛋白显示出疏水性结构域。据信，清洁剂的疏水性结构域与水孔蛋白水通道的疏水性结构域相互作用，从而形成溶解的蛋白质。虽然水孔蛋白水通道可被多种清洁剂溶解，但目前优选使用选自由LDAO、OG、DDM或其组合组成的组的清洁剂。
在本公开的另一种实施方式中，水孔蛋白水通道在引入TFC层之前提供在囊泡中。囊泡是水孔蛋白水通道的自然环境，并且囊泡可以由许多不同的膜形成材料(包括天然存在的磷脂)形成。
在本公开的某一实施方式中，囊泡由两亲性二嵌段共聚物形成，诸如聚(2-甲基噁唑啉)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)二嵌段共聚物(PMOXA-PDMS)和反应性端基官能化的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)。
PMOXA-PDMS二嵌段共聚物的两个嵌段可以具有不同的长度。为了获得囊泡的足够稳定性，PMOXA-PDMS二嵌段共聚物通常选自由PMOXA10-40-PDMS25-70及其混合物组成的组。实验示出，不同的PMOXA-PDMS二嵌段共聚物的混合物示出更高的稳健性。
在优选的实施方式中，囊泡因此至少包括通式PMOXA10-28-PDMS25-70的第一两亲性二嵌段共聚物和通式PMOXA28-40-PDMS25-70的第二两亲性二嵌段共聚物。第一和第二两亲性二嵌段共聚物之间的重量比例通常在0.1:1至1:0.1的范围内。液体组合物中两亲性二嵌段共聚物的浓度一般在0.1至50mg/ml，诸如0.5至20mg/ml，以及优选1至10mg/ml的范围内。
囊泡的反应性端基官能化的PDMS(反应性端基官能化的聚(二甲基硅氧烷))可以被胺、羧酸和/或羟基基团中的一种或多种官能化。在本公开的某个方面，反应性端基官能化的PDMSe-f是双(氨基烷基)、双(羟烷基)或双(羧酸烷基)封端的PDMSe-f，诸如聚(二甲基硅氧烷)、双(3-氨基丙基)或聚(二甲基硅氧烷)、双(3-羟丙基)。适当地，整数e选自20至40的范围，诸如30，并且整数f选自40至80的范围，诸如50。此外，反应性端基官能化的PDMSe-f可以选自由以下组成的组：H2N-PDMS30-50、HOOC-PDMS30-50和HO-PDMS30-50及其混合物。在囊泡引入水孔蛋白水通道之前，囊泡可以存在于液体组合物中，并且PDMS的量优选为约0.05％至约1％v/v。
根据本公开的囊泡可进一步包含约1％v/v至约12％v/v的PMOXAa-b-PDMSc-d-PMOXAa-b型的三嵌段共聚物以增加其完整性。通常，所述囊泡包括约8％v/v至约12％v/v的PMOXAa-b-PDMSc-d-PMOXAa-b型的三嵌段共聚物。PMOXAa-b-PDMSc-d-PMOXAa-b型的三嵌段共聚物通常选自PMOXA10-20-PDMS25-70-PMOXA10-20。
根据本公开的囊泡可进一步包括通量改善剂以增加水通量或降低反向盐通量。通量改善剂可选自一大组化合物，通常优选为亚烷基二醇单烷基醚烷基化物、β环糊精或聚乙二醇(15)-羟基硬脂酸酯。通量增加剂通常以液体组合物的按重量计0.1％至1％的量存在。
根据本公开的囊泡可以在固定在膜(诸如提供在支撑膜上的TFC层)中之前存在于液体组合物中。液体组合物可包括缓冲液以稳定囊泡。在水孔蛋白水通道与其他成分混合之前，适当地将跨膜蛋白溶解在清洁剂中。液体组合物中的囊泡可进一步包括清洁剂或表面活性剂。清洁剂可选自由以下组成的组：月桂基二甲胺N-氧化物(LDAO)、辛基葡糖苷(OG)、十二烷基麦芽糖苷(DDM)或其组合。
不希望受任何特定理论的束缚，据信在表面上包含游离的可用反应性基团的囊泡将不仅物理引入或固定化(吸附)在，而且此外化学结合在TFC层中，因为反应性游离端基诸如氨基基团、羟基基团和羧基基团将参与与酰氯诸如均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合反应。以这种方式，据信囊泡将共价结合在TFC层中，导致相对较高的囊泡负载量，并且因此通过膜的水通量较高。此外，目前认为自由端基，诸如氨基基团或羟基基团，可以与PAI的羰基基团反应，在囊泡和支撑中空纤维膜之间形成共价连接。此外，据信当引入到选择性膜层中时，TFC层中囊泡的共价偶联导致水孔蛋白水通道和包含水孔蛋白水通道的囊泡的更高的稳定性和/或寿命。
囊泡可以在引入水孔蛋白水通道的液体组合物中制备，包括搅拌PMOXAa-b-PDMSc-d型的两亲性二嵌段共聚物溶液、0.05％至约1％的反应性端基官能化的PDMSe-f和水孔蛋白水通道的混合物的步骤。为了获得最佳结果，搅拌持续12-16小时。
在多孔基底膜上制备固定引入水孔蛋白水通道的囊泡的薄膜复合层包括以下步骤：在如上公开的制备的液体组合物中提供囊泡和二胺或三胺化合物的混合物，用该混合物覆盖多孔支撑膜的表面，施加包括酰卤化合物的疏水性溶液，并允许水性溶液和疏水性溶液进行界面聚合反应以形成薄膜复合层。在某一实施方式中，疏水性溶液进一步包括按体积计0.1至10％的量的TFC层修饰剂。TFC层修饰剂具有的目的是增加水流动和/或溶质的截留。
在合适的实施方式中，TFC层修饰剂是C3至C8羰基化合物。作为实例，TFC层修饰剂选自由以下组成的组：二亚乙基酮、2-戊酮、5-戊酮和/或环戊酮。
合适的助溶剂可以选自具有通式R1-O-R2的溶剂。取代基R1可以选自包括以下的组：直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，任选地被选自以下基团的1至3个取代基取代：甲基、乙基、丙基、氟、氯、溴、碘、羟基、醛、羧酸、胺、酰胺、腈、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基及其任何组合。特别地，R1可以选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、叔戊基、新戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、仲异戊基、正己基、异己基、3-甲基戊基、新己基和2,3二甲基丁基。
取代基R2可以选自包括以下的组：直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基、C1-C6低级炔基、羰基C1-C6低级烷基、羰基C1-C6低级烯基、羰基C1-C6低级炔基，任选地被选自以下基团的1至3个取代基取代：甲基、乙基或丙基、氟、氯、溴、碘、羟基、醛、羧酸、胺、酰胺、腈、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基及其任何组合。特别地，R2可选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、叔戊基、新戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、仲异戊基、正己基、异己基、3-甲基戊基、新己基、2,3二甲基丁基、甲酰基、乙酰基、丙酰基、正丁酰基、异丁酰基、正戊酰基、异戊酰基、仲戊酰基、叔戊酰基、正己酰基、异己酰基、仲己酰基、3-甲基戊酰基、新己酰基和2,3二甲基丁酰基。
优选的助溶剂包括乙酸乙酯、二乙醚和甲酸乙酯。
多孔支撑膜可以是中空纤维膜或平板膜。目前，平板膜适用于并可用于生产各种组件，如板框组件或螺旋卷式组件。
出于本文的目的，术语“半渗透膜”包括用于水过滤和水分离的选择性渗透膜和半渗透膜，诸如非对称膜，其包括多孔支撑膜，在一侧上形成有选择性层，诸如薄的交联芳族聚酰胺层或。另一侧可以通过通常由聚酯纤维制成的织造或非织造层或网来增强。
此外，根据本公开的半渗透膜可用于浓缩产物溶液的方法中，所述方法包括利用安装在过滤器壳体或组件中的根据本公开的分离膜来从产物溶液中提取水，例如通过正渗透。
在一个方面，它包括中空纤维(HF)组件，其具有用根据本公开的选择性层修饰的一束中空纤维膜。优选地，选择性层包括通过界面聚合反应在纤维的内表面上形成的薄膜复合(TFC)层。
根据本公开的分离膜还可用于使用压力延缓渗透产生盐度能的方法中，所述方法包括利用所述分离膜来增加静水压力，并利用静水压力的增加作为盐度能的来源，参见WO2007/033675和WO 2014128293(A1)。
如本文所用的术语“水孔蛋白”包括功能性天然或合成水孔蛋白或水甘油通道蛋白水通道，诸如水孔孔蛋白Z(AqpZ)、GlPf、SoPIP2；1、水蛋白1和/或水孔蛋白2。水孔蛋白水通道包括细菌水孔蛋白和真核水孔蛋白，诸如酵母水孔蛋白、植物水孔蛋白和哺乳动物水孔蛋白，以及相关的通道蛋白，诸如水甘油通道蛋白。水孔蛋白和水甘油通道蛋白的实例包括：原核水孔蛋白，诸如AqpZ；哺乳动物水孔蛋白，诸如Aqp1和Aqp2；植物水孔蛋白，诸如质膜内在蛋白(PIP)、液泡膜内在蛋白(TIP)、结瘤素内在蛋白(NIP)和小内在蛋白(SIP)，例如SoPIP2；1、PttPIP2；5和PtPIP2；2；酵母水孔蛋白，诸如AQY1和AQY2；以及水甘油通道蛋白，诸如GlpF和Yfl054。水孔蛋白(aquaporin)水通道蛋白(water channel protein)可以根据本文所述的或如Karlsson et al.(FEBS Letters 537:68-72,2003)列出的或如Jensen etal.US 2012/0080377A1(例如参见实施例6)所述的方法来制备。
半渗透膜的实例是纳滤(NF)膜、正渗透(FO)膜和反渗透(RO)膜。平板TFC膜通常是通过将聚酰胺层沉积在非织造或织造的织物支撑体的顶部上的聚醚砜或聚砜多孔层的顶部上而制成的。聚酰胺截留层是通过胺的水性溶液与酰氯在有机溶剂中的溶液的界面聚合而形成的。TFC膜可以如WO 2013/043118(Nanyang Technological University&AquaporinA/S)中所描述的来生产。
如本文所用的“薄膜复合物”或(TFC)膜可使用于水性溶液中的多官能胺反应物，优选芳族胺，诸如二胺或三胺，例如1,3-二氨基苯(间苯二胺，纯度>99％，可获自Sigma-Aldrich)，以及溶解于有机溶剂中的多官能酰卤反应物，诸如二酰氯或三酰氯，优选芳族酰卤，例如苯-1,3,5-三羰基氯(CAS号84270-84-8，均苯三甲酰氯(TMC)，可获自Sigma-Aldrich)来制备，其中所述反应物在界面缩聚反应中结合，参见Khorshidi et al.(2016)Scientific Reports 6,Article number:22069和美国专利号：4,277,344，其详细描述了在多孔支撑膜(例如聚醚砜膜)的表面形成包括层压在多孔膜支撑体上的聚酰胺的复合膜。
正渗透(FO)或直接渗透是使用选择性且渗透性的膜来实现水与溶解的溶质的分离的一种渗透过程。用于该分离的驱动力是高浓度溶液(本文称为汲取)和低浓度溶液(称为进料)之间的渗透压梯度。渗透压梯度引起通过膜的净水流进入汲取，从而有效地浓缩进料。汲取溶液可以由单一或多种简单盐组成，或者可以是专门为正渗透应用定制的物质。进料溶液可以是稀释产物流，诸如饮料、废物流或海水。
因此，FO的大多数应用分为三大类：产物浓缩、废物浓缩或产生清洁水作为浓缩过程的副产物。根据本公开的膜可用于所有类型的正渗透过程，并且可以专门适应于每种正渗透类型。
如本文使用的术语“反渗透”(RO)是指当在选择性渗透膜上施加的进料水压力用于克服渗透压时。反渗透通常从进料水中去除许多类型的溶解物质和悬浮物质，包括细菌，并且既用于工业过程也用于饮用水的生产。在RO过程期间，溶质保留在膜的加压侧并且纯溶剂(渗透物)通过到另一侧。选择性指定膜不允许更大的分子或离子通过其孔(洞)，同时允许溶液的较小组分(诸如溶剂分子)自由通过。低压反渗透(LPRO)膜通常在从约<5巴的进料水压力和最高达约25巴的最大操作压力15LMH/巴的比流量下操作。LPRO在较低的进料压力范围内进行，例如2至5巴，有时被指定为超低压反渗透。本领域已知的LPRO膜具有典型的操作限制，用于进料水温度为约45℃，进料水pH在2至11的范围内，以及化学清洁在pH 1至12的范围内。
参考以下非限制性实施例进一步说明目前公开的方面：
实施例
1.1：生产支撑膜
将17％聚砜(Solvay P3500 MB7 LCD)溶解在从TACT Chemie获得的83％DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中来制备涂料。将涂料在45℃的密闭容器中以90rpm的混合速度混合8小时以获得均匀的粘度。
使用230μm的流延间隙，将涂料以辊衬刀(knife over roll)流延模式流延在从Mitsubishi获得的非织造聚酯片材(型号PMB-SKC)上。在暴露时间1.9s后，通过在13.7℃的水中淬灭13s来进行相转化。随后，将支撑膜在60℃的水中洗涤1.75min。获得约130μm的厚度。
1.2：生产水孔蛋白水通道
来自粳稻(Oryza sativa Japonica)(日本水稻)的组氨酸标记的水孔蛋白在大肠杆菌中的表达及其使用固定化金属亲和色谱法(IMAC)纯化
使用Geneart(Thermo Fischer Scientific的子公司)的服务对来自粳稻的编码水孔蛋白的基因(UNIPROT：A3C132)进行密码子优化，以改善大肠杆菌中的表达。通过在C末端添加十个组氨酸编码密码子以及分别在N末端和C末端添加侧翼NdeI/XhoI限制性位点来合成所得基因(基因ID：aquaporin_Oryza_sativa_Japonica)。合成的基因片段用NdeI/XhoI限制酶消化并连接到NdeI/XhoI消化和纯化的载体pUP1909片段。将得到的连接混合物转化到大肠杆菌DH10B中，并在具有卡那霉素的LB琼脂板上选择卡那霉素抗性转化子。通过遗传构建体的测序确认转化子。随后将分离的载体DNA转移到生产宿主大肠杆菌BL21中。
为了在大肠杆菌中异源表达水孔蛋白，使生产宿主在由以下组成的基本培养基中生长：30g/L甘油、6g/L(NH4)2HPO4、3g/L KH2PO4、5g/L NaCl、0.25g/L MgSO4·7H2O、0.4g/L柠檬酸Fe(III)和1mL/L无菌过滤痕量金属溶液。痕量金属溶液由以下组成：1g/L EDTA、0.8g/L CoCl2·6H2O、1.5MnCl2·4H2O、0.4g/L CuCl2·2H2O、0.4g/L H3BO3、0.8g/LNa2MoO4·2H2O、1.3g/L Zn(CH3COO)2·2H2O。接种和过夜生长后，添加附加的0.25g/LMgSO4·7H2O。
大肠杆菌在具有ez-Control的3L Applikon生物反应器中在分批发酵过程中培养。通过在约30的光密度(OD 600nm)下添加IPTG至0.5mM的最终浓度来诱导蛋白质产生。将培养物诱导约24小时，并在5300g下离心20min收获细菌细胞。
将包括大肠杆菌细胞的沉淀重悬于缓冲液(蛋白酶抑制剂PMSF和EDTA的水性溶液)中，并在Stansted nm-GEN 7575匀化器中在1000巴下均化。温度保持在约10-15℃。将混合物以5300g的最大速度离心30分钟。沉淀包含膜蛋白，并且弃去上清液。
将沉淀重悬于0.9％氯化钠溶液中以获得约50mg/ml的总蛋白质浓度。通过将28LTRIS结合缓冲液和4.5升5％正月桂基二甲胺N-氧化物(LDAO)添加到5L重悬的沉淀材料中来溶解膜蛋白。在室温和温和搅拌下，使混合物温育2至24小时。
在溶解过程之后，将混合物在2L容器中以5300g离心90分钟。回收上清液并通过添加稀释缓冲液将LDAO浓度调节至0.2％。
溶解和澄清后，将蛋白质使用IMAC捕获并在包含1000mM咪唑和0.2％w/v LDAO的洗脱缓冲液中洗脱。洗脱部分通过SDS Page分析，并且仅显示在27kDa处迁移的单个主要带，这对应于来自日本水稻的水孔蛋白的大小。此外，通过与来自用空载体转化的大肠杆菌的阴性对照纯化进行比较，证实了该结果。阴性对照导致没有纯化的蛋白质。使用对组氨酸标签特异性的抗体(TaKaRa Bio)进行的蛋白质印迹分析如预期的那样导致来自纯化的蛋白质的清晰信号以及没有来自阴性对照的信号，证实纯化的蛋白质的来源为组氨酸标记的膜蛋白。
通过添加包含2％ LDAO的冰冷无咪唑缓冲液将蛋白质浓度调节至5mg/ml，制备储备溶液。最后，将水孔蛋白储备溶液通过0.45μM灭菌杯过滤灭菌，并在4℃冰箱中储存用于在一个月内使用，或者在-80℃冰柜中储存。
1.3：生产水孔蛋白制剂
1.通过将5g KHS溶解在1l PBS(通过将8g NaCl、0.2g KCl、1.44g Na2HPO4和0.24g KH2PO4溶解在800mL MiliQ纯化H2O中，用HCl将pH调节至7.2并完成体积至1L来制备)中来制备按重量计0.5％的HS15(聚乙二醇(15)-羟基硬脂酸酯)(KHS)溶液。
2.通过将0.05g LDAO溶解在100mL PBS中来制备PBS中按重量计0.05％的LDAO溶液。
3.在制备容器中，称取0.5g聚(2-甲基噁唑啉)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)二嵌段共聚物(PDMS65PMOXA24)/升制备的制剂。
4.在同一制备容器中，称取聚(2-甲基噁唑啉)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)二嵌段共聚物(PDMS65PMOXA32)，以达到0.5g/L制备的制剂(PDMS65PMOXA24和PDMS65PMOXA32的重量比为1:1)的浓度。
5.在同一制备容器中，添加聚(2-甲基噁唑啉)-嵌段-聚(二甲基硅氧烷)-嵌段-聚-(2-甲基噁唑啉)三嵌段共聚物PMOXA12PDMS65PMOXA12，以达到0.12g/L制备的制剂的浓度。
6.以100mL/L制备的制剂的比例添加步骤2制备的LDAO 0.05％。
7.添加具有的分子量为2500Da的双(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)以达到最终浓度为0.1％。
8.添加水孔蛋白储备溶液，以达到5mg/L制备的制剂的浓度，以及1/400的蛋白质:聚合物比率。
9.添加按重量计3％的步骤1中制备的KHS溶液，以达到所制备的制剂的所需体积减去步骤6和8中添加的LDAO、双(3-氨基丙基)封端的聚(二甲基硅氧烷)和水孔蛋白的体积。
10.在室温下以每分钟170转搅拌来自步骤9的混合物过夜(不超过20小时)以获得制剂。
11.次日早晨取按步骤1至10的顺序获得的制备的制剂，以及通过200nm孔径过滤器过滤它对其灭菌，将其放入封闭密封瓶中并且在室温下保存它不超过12个月。
1.4：生产支撑膜上的TFC层
通过水性相中的MPD单体和有机IsoparTM E溶剂中的TMC单体之间的界面聚合制备了芳族聚酰胺TFC膜。为了制备水性溶液，首先将5.1％wt的甲磺酸(MSA)溶解在RO水中，并将混合物持续搅拌。一旦溶解，将3.9％wt三乙胺(TEA)滴加到混合物中以确保加入TEA后混合物的pH高于8。然后向混合物中加入3％wt的间苯二胺(MPD)。IPA加入后，接着加入0.15％wt的月桂醇硫酸酯钠(SLS)。一旦所有的SLS粉末完全溶解，将0.01％wt的水孔蛋白制剂加入至混合物中，并在涂覆加工前搅拌至少15分钟。
a.通过在DI水中混合以下来制备水性溶液：
i3％ MPD
ii月桂醇硫酸酯钠(SLS)：0.15％，三乙胺(TEA)：3.9％，
甲烷磺酸(70％)：5.1％，
DI水：87.84％。
iii 0.01％水孔蛋白制剂
通过将0.12％wt的均苯三甲酰氯(TMC)溶解在Isopar E中并搅拌来制备有机溶液。通过将TFPTCS/TCPFPS以0.5％(w/w)溶解在Isopar E中来制备TFPTCS/TCPES储备溶液。一旦TMC完全溶解，将TFPTCS/TCPFPS/TCPES储备溶液以在有机溶液中的最终重量百分比为0.0001-0.00037/0.0005-0.00025/0.0005-0.00037加入到有机溶液中。
b.通过在Isopar E中混合以下来制备有机溶液：
i0.12％ TMC、0.15％ TMC、0.18％ TMC或0.21％ TMC
ii成孔剂，用量如下表所示。
聚酰胺层涂覆是通过用于固化、后处理和最终干燥的定制的卷对卷涂覆生产线(roll-to-roll coating line)和框架的组合来完成。将PSF支撑膜装载到涂覆生产线的放卷辊(unwinding roller)上。然后使PSF膜通过狭缝式涂覆机(slot die)，其下有布，水性溶液被均匀分散在PSF载体表面上。将水性溶液保留在PSF表面35秒，且将多余的溶液通过压力擦拭器(pressing wiper)除去。然后使PSF表面通过有机浸泡槽(soaking tank)，浸泡时间为13秒。然后通过金属框架(210mm x 155mm)切割和夹住经涂覆的膜，并在设定为116℃的强制对流式烘箱(forced-convection oven)中固化1分钟。然后将膜框架从烘箱中取出，用热柠檬酸溶液(5％w/w)处理，随后在50℃下进行热RO水处理2分钟。然后分别以更热的柠檬酸溶液和65℃下RO水进行2分钟重复该处理。然后用次氯酸钠，250ppm、水、亚硫酸氢钠，500ppm在40℃处理膜2分钟，然后用10％w/w的甘油在40℃下处理膜1分钟。最后，将膜在烘箱中于91℃下干燥20秒。将制备的膜切割成优惠券大小，并在测试前储存在RO水中。
c.TFC形成：
将支撑膜浸入水性溶液中30秒，
将膜用气枪在1巴下干燥，
添加有机溶液30秒，
将膜用气枪在约0.5巴下干燥
1.5后处理
将膜在116℃下固化1min，然后将网分别置于38℃、66℃和116℃的三个温度区1min。
随后，如下所示处理膜：
5％柠檬酸，50℃下2min
水，50℃下2min
5％柠檬酸，65℃下2min
水，65℃下2min
NaOCl 250ppm，40℃下2min
水，40℃下2min
SBS 500ppm，40℃下2 min
10％甘油，40℃下1 min
最终干燥：在浮选干燥器中于90.6℃下滞留20秒。
将制得的膜浸泡在250ppm NaCl中30 min。
1.6实验室规模膜生产结果表
运行 TMC 成孔剂 通量* 截留率
参考 0.18％ 0.015％TFPTCS¤ 7.55 98.87
1 0.18％ 0.0155％TCPES& 7.2 98.69
2 0.18％ 0.0207％TCPES& 8.91 98.79
3 0.18％ 0.0259％TCPES& 9.75 98.88
4 0.15％ 0.0155％TCPES& 9.31 98.69
¤)三氟丙基三氯硅烷
&)三氯(苯乙基)硅烷
#)以GPD测量。
1.7中试规模中的通量&盐截留率比较
结论：膜对TMC变化和TCPES变化都有反应。当将TMC固定时，通量的增加与TCPES浓度呈函数关系。对于TCPES的上限值，通量值比参考高20-22％，而截留率保持在相同水平。当将TCPES固定时，较低浓度的TMC导致比参考高23％的通量，而截留率保持在相同水平。
表1.7
&2)三氯[3-(五氟苯基)]硅烷
结论：当将TMC固定时，通量的增加依赖于TCPES的浓度。对于TCPFPS的上限值，通量值比参考高26％，而截留率保持在大约相同水平。
已经结合本文的各种实施方式描述了各个方面和实现方式。然而，本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。

Claims (34)

1.一种制备包括多孔支撑膜和薄膜复合(TFC)层的半渗透膜的方法，所述方法包括：
a.提供包括多官能胺单体的水性相，
b.用所述水性相覆盖多孔支撑膜的表面，
c.提供包括多官能酰卤单体和选自由以下通式表示的化合物的成孔剂的有机相
其中
R1、R2、R3、R4、R5独立地选自包括以下的组：H、直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，以及选自包括F、Cl、Br和I的组的卤素，
n是选自0、1、2、3或4的整数，
X是选自Cl、Br和I的卤素，
d.用所述有机相覆盖所述水性相，并使所述多官能胺单体、所述多官能酰卤单体和所述成孔剂进行界面聚合反应以形成聚酰胺TFC层。
2.根据权利要求1所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述成孔剂在所述有机相中的浓度在按重量计0.0001％至按重量计0.05％的范围内。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述成孔剂由下式表示：
三氯(苯乙基)硅烷(TCPES)。
4.根据权利要求3所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述TCPES在所述有机相中的浓度包括约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.00025wt％至0.0005wt％。
5.根据权利要求1或2之一所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述成孔剂由下式表示：
三氯[3-(五氟苯基)]硅烷(TCPFPS)。
6.根据权利要求5所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述TCPFPS在所述有机相中的浓度包括约0.0001wt％至0.001wt％，诸如约0.000125wt％至0.0005wt％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，约0.1％wt至0.25％wt的酰卤用在所述有机相中。
8.根据权利要求7所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，约0.12％wt的酰卤用在所述有机相中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述有机相还包括选自包括甲酸乙酯、乙酸乙酯和二乙醚的组的助溶剂。
10.根据权利要求9所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述助溶剂在所述有机相中的浓度为0.005至5％。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述有机相的主要溶剂包括直链或支链C5-C12烷烃。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述水性相进一步包括水孔蛋白。
13.根据权利要求12所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述水孔蛋白被引入至囊泡中。
14.根据权利要求13所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述囊泡包括聚-嵌段-(2-甲基噁唑啉)-聚-嵌段-(二甲基硅氧烷)(PMOXA-PDMS)。
15.根据权利要求14所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述囊泡还包括胺官能化的聚(二甲基硅氧烷)作为囊泡膜形成材料。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的用于制备半渗透膜的方法，其中，所述支撑膜包括聚砜或聚醚砜聚合物。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述多孔支撑膜是中空纤维或平板。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述多孔支撑膜是中空纤维时，所述方法还包括通过在壳体中组装中空纤维束来生产中空纤维组件，其中，用于传递第一溶液的入口在一端连接至所述中空纤维的内腔并且出口在另一端连接至所述内腔，并且在所述壳体中设置入口用于将第二溶液传递至与所述壳体连接的出口。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，当所述多孔支撑膜是平板时，所述方法还包括通过卷绕所述平板膜来生产螺旋卷式组件。
20.一种根据权利要求1至16中任一项制备的半渗透膜。
21.一种根据权利要求17制备的中空纤维组件。
22.一种根据权利要求18制备的螺旋卷式组件。
23.根据权利要求20所述的中空纤维组件或螺旋卷式组件用于通过反渗透制备水渗透物的用途。
24.根据权利要求20所述的中空纤维组件或螺旋卷式膜组件用于通过正渗透来浓缩产物溶液的用途。
25.一种半渗透膜，包括多孔支撑膜和薄膜复合(TFC)层，所述薄膜复合层通过在选自以下通式表示的化合物的成孔剂存在下的多官能胺单体和多官能酰卤单体的界面聚合而形成
其中
R1、R2、R3、R4、R5独立地选自包括以下的组：H、直链或支链C1-C6低级烷基、C1-C6低级烯基或C1-C6低级炔基，以及选自包括F、Cl、Br和I的组的卤素，
n是选自0、1、2、3或4的整数，
X是选自Cl、Br和I的卤素，其中，所述多官能胺单体、所述多官能酰卤单体和所述成孔剂形成聚酰胺薄膜复合(TFC)层。
26.根据权利要求25所述的半渗透膜，其中，所述成孔剂由下式表示：
三氯(苯乙基)硅烷(TCPES)。
27.根据权利要求25所述的半渗透膜，其中，所述成孔剂由下式表示：
三氯[3-(五氟苯基)]硅烷(TCPFPS)。
28.根据权利要求25至26中任一项所述的半渗透膜，还包括水孔蛋白。
29.根据权利要求27所述的半渗透膜，其中，所述水孔蛋白被引入至囊泡中。
30.根据权利要求29所述的半渗透膜，其中，所述囊泡包括聚-嵌段-(2-甲基噁唑啉)-聚-嵌段-(二甲基硅氧烷)(PMOXA-PDMS)。
31.根据权利要求30所述的半渗透膜，其中，所述囊泡还包括胺官能化的聚(二甲基硅氧烷)作为囊泡膜形成材料。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的半渗透膜，其中，所述支撑膜包括聚砜或聚醚砜聚合物。
33.根据权利要求25至32中任一项所述的半渗透膜，其中，所述多孔支撑膜是中空纤维或平板。
34.根据权利要求33所述的半渗透膜，还包括通过在壳体中组装中空纤维束来生产中空纤维组件，其中，用于传递第一溶液的入口在一端连接至所述中空纤维的内腔并且出口在另一端连接至所述内腔，并且在所述壳体中设置入口用于将第二溶液传递至与所述壳体连接的出口。
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