[發明專利]一種表面接枝改性制備抗菌抗污染分離膜的方法

有效

• 申請號: 201710385477.X
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107243261B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 趙頌;高勇強;王志;王紀孝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D71/56
• 分類號: B01D71/56;B01D71/68;B01D71/34;B01D71/26;B01D71/42;B01D67/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明公開了一種表面接枝制備抗菌防污染分離膜的方法，將功能性胍基大分子抗菌材料接枝到分離膜表面。首先，將胍鹽、多胺小分子和多胺聚合物混合均勻，氮氣保護下，升溫回流反應制得功能性胍基大分子抗菌材料。然后，將分離膜與鹽酸多巴胺和三羥甲基氨基甲烷的混合水溶液接觸，得到聚多巴胺改性分離膜，之后將胍基大分子抗菌材料接枝到膜表面，得到胍基大分子接枝聚合物分離膜。本發明制備過程簡單，制備條件溫和，易于放大，適用于多種分離膜的表面改性，所制備的分離膜能基本保持聚合物分離膜原有的滲透選擇性能，并在使用過程中持久高效地維持良好的抗菌性能和防污染性能。

技術領域

本發明屬于聚合物分離膜制備領域，具體涉及一種表面接枝改性制備抗菌抗污染分離膜的方法。

背景技術

氣候變化和全球工農業的迅速發展使得淡水資源的缺乏日益加劇，這對各國的社會經濟發展已構成重大威脅。近年來，如何應對淡水資源缺乏成為人們所關注的熱點問題。除了水資源優化配置等管理措施，高效的水處理技術(尤其是膜法水處理技術)逐步成為開源節流的有效途徑。

膜法水處理技術主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透。分離膜是膜分離技術的核心，膜的性能直接影響著膜法水處理工程的成本和產水的質量。在實際運行中，由于分離膜的滲透選擇作用，原水中的污染物(如膠體、無機固體、有機物、細菌等)很容易沉積在膜的表面形成污染層，造成膜表面的污染，污染后的膜需要進行定期進行清洗，這將進一步增加其使用成本。

按照污染物類型，膜污染可分為無機物污染、膠體物污染、有機物污染和微生物污染。其中，有機物污染和微生物污染是目前分離膜所面臨的最主要問題之一。膜表面的污染會形成污染阻力層，降低膜的通量和壽命，從而引起額外的能量消耗和化學清洗，增加膜的生產和運行成本。因此，抗菌抗污染分離膜的研發一直是膜分離的一個重要研究方向。針對有機物污染，分離膜表面的親水化改性已被證明為可行的膜污染防御策略。比如，在膜內部共混或膜表面接枝改性水溶性高分子(如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等)、兩性離子聚合物(如甜菜堿類)、親水納米材料(如納米二氧化硅、氧化石墨烯等)都可以改善分離膜的親水性和抗有機物污染性能。這主要是因為，膜表面親水性越好，通過氫鍵形成的水合作用會在膜表面形成水化層，有效抑制污染物的沉積，降低膜污染。針對微生物污染，研究者往往采用在分離膜表面或內部引入抗菌物質(如含季銨鹽基團的聚合物、銀粒子等)賦予分離膜高效的殺菌性能。然而，在實際應用中，有機物污染和微生物污染是共同存在的。并且，膜表面沉積的有機物還將為微生物提供生存繁殖的有利環境，加速微生物在分離膜表面甚至膜分離系統中的繁殖。因此，分離膜的改性應同時考慮有機物和微生物的防御，才能有效解決分離膜的污染問題。

發明內容

針對這一需要，本發明旨在提供一種表面接枝改性制備抗菌抗污染分離膜的方法，將親水性含胍聚合物接枝到分離膜表面。具體涉及的改性過程包括多巴胺在膜表面的自聚反應和含胍聚合物的接枝反應。多巴胺自聚后形成的聚多巴胺具有環境友好、良好親水性、強粘附性等特點，含有大量的酚羥基和含氮基團，不僅能有效改善固體表面的親水性，還是化學活性基團，為固體表面提供良好的二次反應平臺，便于后續的表面接枝反應。含胍聚合物富有胍基基團和伯胺基團，其中胍基基團具有高效的抗菌活性，且對人體安全無毒，可以賦予分離膜顯著的抗菌性能，伯氨基團可以改善分離膜的親水性。因此，本發明利用簡單易行的表面接枝方法即可同時賦予分離膜良好的抗菌性能和抗污染性能，并適用于多種分離膜的表面改性，對分離膜的其他性能(如機械性能、熱穩定性能、截留性能)基本無影響，所制備的分離膜在使用過程中能持久高效的維持良好的親水性和抗菌性，緩解在長期運行中有機物和微生物所引起的膜污染問題。

本發明目的在于提供一種表面接枝改性制備抗菌抗污染分離膜的方法。該方法制備過程簡便易行，制備條件溫和，適用于多種分離膜的表面改性，易于放大，所制備的分離膜在使用過程中能持久高效地維持良好的抗菌性能和抗污染性能。

本發明所需要解決的技術問題，可以通過下述技術方案來實現：