[發(fā)明專利]一種聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510342425.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN104888631A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙頌;王志;黃麗川;王紀(jì)孝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/68
• 分類號(hào): B01D71/68;B01D71/60;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜及制備方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)已成為新型化工單元操作之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界的分離、濃縮和純化過(guò)程。比如，多孔超濾膜在生物制品、醫(yī)藥制品、食品制品和廢水回收等領(lǐng)域都有工程應(yīng)用。復(fù)合納濾膜和反滲透膜在食品工業(yè)和海水淡化等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，膜污染問(wèn)題導(dǎo)致膜分離系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要頻繁清洗，降低膜元件的使用壽命，增加運(yùn)行成本，嚴(yán)重影響著分離膜的進(jìn)一步應(yīng)用。

膜污染的來(lái)源主要包括無(wú)機(jī)污染、有機(jī)污染和生物污染。有機(jī)物(腐殖酸、蛋白質(zhì))和生物質(zhì)(細(xì)菌、真菌)對(duì)膜的污染較為嚴(yán)重。蛋白質(zhì)在聚合物膜表面和孔道內(nèi)的吸附會(huì)造成不可逆污染，細(xì)菌和藻類容易在膜表面形成一層生物膜，難以清洗。有機(jī)污染和生物污染大幅降低膜通量，嚴(yán)重影響膜的使用效率。

為改善膜的抗污染和抗菌性能，研究者們通過(guò)采用表面或共混改性聚合物膜，構(gòu)建親水膜或抗菌膜以形成良好的表面防護(hù)層，抵抗有機(jī)物和微生物對(duì)膜的污染或損害。比如，研究者們通過(guò)在膜表面接枝聚乙二醇或兩性離子聚合物，提高膜表面的親水性，形成親水防護(hù)層，抵抗有機(jī)污染物在膜表面的吸附。研究者們通過(guò)在膜表面或膜內(nèi)部引入納米抗菌材料，賦予聚合物膜的抗菌功能。然而，聚合物分離膜由于其疏水性較強(qiáng)(商品超濾膜的接觸角約為80°，商品納濾膜或反滲透膜的接觸角約為50°)，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草桿菌不具備抑菌殺菌能力，在實(shí)際使用過(guò)程中往往會(huì)同時(shí)遭受到有機(jī)物和微生物的污染。因此，尋找一種簡(jiǎn)單通用、改善膜表面親水性、賦予膜抗污染和抗菌性能的改性方法對(duì)聚合物分離膜的應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的一些不足，提供一種聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜的方法。聚多巴胺是一種環(huán)境友好的生物大分子，它可以通過(guò)多巴胺的自聚合粘附多種有機(jī)和無(wú)機(jī)基體，且聚多巴胺具有良好的親水性，有利于聚合物分離膜抗污染性能的提高。納米銀是一種高效、安全、環(huán)保的天然殺菌劑，對(duì)大腸桿菌、枯草桿菌等微生物都有持久的抗菌作用。因此，本發(fā)明借助聚多巴胺的粘合作用，將納米銀結(jié)合在膜表面和膜內(nèi)部，制備的改性聚合物分離膜滲透通量不變或提高，抗菌組分不易流失，制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作和推廣，具有良好的抗污染性能和抗菌性能。

本發(fā)明的一種聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜的方法，是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的：

1)制備聚多巴胺改性聚合物分離膜：

配制三羥甲基氨基甲烷、鹽酸多巴胺和水的混合溶液；將聚合物分離膜置于混合溶液中，振蕩反應(yīng)0.2h～5h，之后倒掉反應(yīng)液，并用水清洗膜表面，得到聚多巴胺改性聚合物分離膜；

2)制備聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜：

配置含銀氨溶液、穩(wěn)定劑、還原劑和水的混合溶液；將聚多巴胺改性聚合物分離膜置于混合溶液中，振蕩反應(yīng)0.5h～5h，之后倒掉反應(yīng)液，并用水清洗膜表面，得到聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜。

所述的三羥甲基氨基甲烷、鹽酸多巴胺和水的混合溶液中，以水(L)的體積為基準(zhǔn)，三羥甲基氨基甲烷的濃度為0.5g/L～2g/L，鹽酸多巴胺的濃度為0.5g/L～3g/L。

所述聚合物分離膜為聚砜多孔膜、聚醚砜多孔膜、聚丙烯腈多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜或聚酰胺復(fù)合膜。

所述的穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚醚、聚乙二醇或羥乙基纖維素。

所述的還原劑為葡萄糖或硼氫化鈉。

所述銀氨溶液、穩(wěn)定劑、還原劑和水的混合溶液中，以水(L)的體積為基準(zhǔn)，硝酸銀濃度為0.5g/L～8g/L，穩(wěn)定劑濃度為0.5g/L～5g/L，還原劑濃度為0.5g/L～8g/L。

與未改性聚合物分離膜相比，本發(fā)明制備的聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)良好的親水性；(2)良好的滲透選擇性能；(3)優(yōu)良的抗污染性能；(4)持久的抗菌性能；(5)操作簡(jiǎn)單，容易放大。相比未改性聚合物分離膜，聚多巴胺/銀改性聚合物分離膜的親水性得到改善(接觸角下降10～30°)，膜的純水通量提高10％～40％，對(duì)蛋白或鹽的截留率基本不變，對(duì)牛血清蛋白水溶液的抗污染能力得到提高，過(guò)濾蛋白溶液后膜的通量恢復(fù)率提高10％～50％，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草桿菌的殺菌率均達(dá)到90％以上。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1未改性聚砜多孔膜的掃描電鏡照片。

圖2為實(shí)施例1所制得的聚多巴胺/銀改性聚砜多孔膜的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1