[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于納米凝膠的智能開(kāi)關(guān)膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710650715.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109382002B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉華文;趙雪婷;張是求;高從堦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D69/02
• 分類(lèi)號(hào): B01D69/02;B01D67/00;B01D71/68;C08F220/54;C08F220/06
• 代理公司: 杭州天正專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發(fā)明提供了一種納米凝膠/聚醚砜刺激響應(yīng)膜的制備方法，步驟如下：(1)通過(guò)自由基聚合法制備出具有溫度和pH響應(yīng)的納米凝膠；(2)將該納米凝膠和聚乙二醇加入N?甲基吡咯烷酮中并混合均勻，超聲分散，然后加入聚醚砜，混合均勻形成鑄膜液，再對(duì)鑄膜液進(jìn)行脫氣；(3)然后用刮膜刀在玻璃板上將鑄膜液制成連續(xù)均勻的液膜，并迅速地將液膜放入含有乙酸體積分?jǐn)?shù)為30％的水中浸泡至液膜完全凝固，繼續(xù)浸泡膜于純水中以去除雜質(zhì)，得具有溫度和pH響應(yīng)的智能開(kāi)關(guān)膜。該方法是在乙酸的輔助下，制備的納米凝膠/聚醚砜智能膜具有優(yōu)異的溫度和pH響應(yīng)門(mén)開(kāi)關(guān)系數(shù)和可逆的刺激響應(yīng)性能，原材料價(jià)格低廉，制膜工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分離膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)和可逆循環(huán)性能的溫度和pH響應(yīng)智能開(kāi)關(guān)膜及其制備方法。

背景技術(shù)

膜技術(shù)在過(guò)去幾十年里發(fā)展迅速，已被廣泛應(yīng)用于能源，化學(xué)工程，環(huán)境工程和生命科學(xué)領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的膜一旦生產(chǎn)出來(lái)，其的孔徑和孔表面性質(zhì)通常是不可改變的。這些具有固定孔徑和固定選擇性的膜嚴(yán)重制約了它的有效利用。因此，開(kāi)發(fā)具有可自我調(diào)節(jié)孔徑大小的智能膜逐漸吸引科學(xué)界和工程界的興趣。具有環(huán)境刺激響應(yīng)的智能膜在化工/生物控制分離過(guò)程，藥物釋放系統(tǒng)等領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

傳統(tǒng)的智能開(kāi)關(guān)膜的制備方法是將具有刺激響應(yīng)的高分子長(zhǎng)鏈接枝/共混在基膜上。目前，接枝法往往是通過(guò)自由基引發(fā)的方法將具有溫度和pH響應(yīng)的高分子接枝在膜基上，以制備出具有環(huán)境刺激響應(yīng)的智能開(kāi)關(guān)膜。然而，接枝的高分子以刷狀長(zhǎng)鏈存在，孔道結(jié)構(gòu)容易受流體的機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生形變，導(dǎo)致膜的可逆刺激響應(yīng)性能較差。共混法主要是利用具有雙重?zé)岷蚿H響應(yīng)性質(zhì)的高分子單體與其他高分子單體形成大分子嵌段共聚物，然后將其共混在高分子膜基中以獲得具有環(huán)境刺激響應(yīng)的智能膜。共混法雖然制備方法簡(jiǎn)單，但是液相誘導(dǎo)相分離過(guò)程之快，難以將功能組分有效地偏析到膜的孔道表面。導(dǎo)致較低的響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)，從而限制了這些智能膜的大規(guī)模應(yīng)用。

E.T.Kang等提出了一種通過(guò)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)在尼龍膜表面連續(xù)進(jìn)行原子自由基聚合(ATRP)來(lái)制備溫度和pH響應(yīng)的智能膜。顯示智能膜的水溶液滲透通量在溫度30和35℃之間和pH在6和8之間突然變化，說(shuō)明膜是具有溫度和pH響應(yīng)的。但是膜的溫度和pH響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)均較小，溫度響應(yīng)門(mén)開(kāi)關(guān)系數(shù)在25至45℃之間小于3.2，pH響應(yīng)門(mén)開(kāi)關(guān)系數(shù)在pH＝4.8至pH＝12之間小于6。其中溫度開(kāi)關(guān)系數(shù)定義為膜在45℃時(shí)的水通量Q1與25℃時(shí)的水通量Q2的比值，pH開(kāi)關(guān)系數(shù)定義為膜在pH＝12時(shí)的水通量Q1與pH＝4.8時(shí)的水通量Q2的比值，開(kāi)關(guān)系數(shù)1,詳見(jiàn)[Z.B.Zhang,X.L.Zhu,F.J.Xu,K.G.Neoh,E.T.Kang,Journal of Membrane Science 2009,342,300.]。

J.K.Shim等通過(guò)等離子體聚合技術(shù)將丙烯酸和N-異丙基丙烯酰胺接枝在多孔聚酰胺膜的表面上，制備出具有pH和溫度敏感的智能膜。但是膜的響應(yīng)組分是接枝的刷子狀的高分子長(zhǎng)鏈，膜的響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)較差，其中溫度響應(yīng)門(mén)開(kāi)關(guān)系數(shù)在30至60℃之間小于1.5，pH響應(yīng)門(mén)開(kāi)關(guān)系數(shù)在pH＝4至pH＝7之間小于1.5，詳見(jiàn)[Y.M.Lee,J.K.Shim,Polymer1997,38,1227.]。

L.Chen等提出了一種通過(guò)將聚偏二氟乙烯和聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸)納米凝膠分散于DMF形成鑄膜液，然后在水中進(jìn)行相分離來(lái)制備膜。獲得一種具有pH和溫度響應(yīng)的智能膜。然而，由于相分離過(guò)程太快，聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸)納米凝膠難以偏析到膜孔道上，SEM照片發(fā)現(xiàn)膜孔表面只有少量隨機(jī)沉積的納米凝膠，獲得的膜的溫度響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)在23至50℃之間小于1.8，pH響應(yīng)開(kāi)關(guān)系數(shù)在pH＝1至pH＝7之間小于1.4，詳見(jiàn)[X.Chen,Y.He,C.Shi,W.Fu,S.Bi,Z.Wang,L.Chen,Journal of Membrane Science 2014,469,447.]。

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