[發明專利]基于邁克爾加成反應的抗菌抗污染微孔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010970541.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112221354B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 方立峰;朱明明;朱寶庫;田華;喻文翰;薛云云;沈宇杰;邱澤霖;韓俊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D69/10;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種基于邁克爾加成反應的抗菌抗污染微孔膜及其制備方法。所述抗菌抗污染微孔膜由抗菌抗污染分離層和支撐層組成，抗菌抗污染分離層含有抗菌組分和抗污染組分，抗菌組分與抗污染組分通過共價鍵相連，支撐層由膜基體材料和含叔胺兩親共聚物構成。本發明還進一步公開了所述抗菌抗污染微孔膜的制備方法通過調節季銨化時間與溫度，以及抗污染分子的分子量和邁克爾加成反應時間與溫度的條件，很容易實現微孔膜表面抗菌組分和抗污染組分的調節。該微孔膜將可應用于污水處理、自來水凈化、食品工業、海水淡化前處理、生物醫用等領域。

技術領域

本發明屬于水處理和膜分離科學與技術領域，特別涉及一種基于邁克爾加成反應的抗菌抗污染微孔膜及其制備方法。

背景技術

膜分離技術具有分離效率高、占地面積小、能耗低、操作簡便等優點，成為目前分離科學中最重要的手段之一。但是膜污染問題一直困擾著聚合物膜分離技術的更深遠發展。通常聚合物膜表面疏水性較強，很容易吸附蛋白質等有機大分子導致有機污染。除此之外，細菌粘附快速生長繁殖，造成生物污染會膜通量衰減，分離能耗升高，分離效果變差。通過提高膜表面的親水性，使得最初蛋白質或者細菌在膜表面的粘附減小，可以提升抗污性性能，但如果粘附的少量細菌存活，就會生長繁殖造成生物污染。通過提高膜表面的殺菌效果，使得粘附的細菌被殺死，殘留死菌和其他有機物依然會粘附表面導致有機污染。因此單純的抗菌或抗污染表面都不能長效抗污染，制備同時具有抗菌抗污染表面的膜有重要意義

目前有一些關于聚合物分離膜抗菌抗污染改性的相關報道。例如，發明專利CN104524986A將基膜浸泡在多巴胺溶液中，利用多巴胺的自聚在基膜表面形成一層聚多巴胺層，然后與聚乙烯亞胺水溶液進行反應，最后經過陽離子化反應，得到親水抗菌膜。發明專利CN106669439A用阿魏酸對天然木質素進行接枝處理，和交聯劑一起涂覆在聚砜膜表面作為抗污染層，再將間苯二胺、均苯三甲酰氯溶液先后涂覆發生反應，得到抗生物污染的反滲透膜。發明專利CN104190274A以聚偏氟乙烯、銀離子及兩性離子單體為主要原料制得銀納米顆粒兩性離子聚合物刷，接枝于聚偏氟乙烯膜表面，達到抗菌抗污染的效果。發明專利CN107670506A將相轉化得到的PVDF微孔膜浸沒在載銀殼聚糖成膜溶液中，進行表面涂覆，干燥之后制備得到親水性抗菌耐污染的PVDF微孔膜。發明專利CN 108927018 A將聚砜基膜一次浸泡間苯二胺溶液、均苯三甲酰氯溶液、聚乙烯亞胺溶液和納米銀膠體中制得抗污染抗菌正滲透膜。但以上改性方法中，抗菌層和抗污染層為同種物質，無法同時得到抗菌和抗污染俱佳效果，無法解決分離膜長期使用過程中的膜污染問題。例如，文獻(Desalination，2013，324：48-56)報道原位形成銀納米粒子改性超濾膜，該超濾膜具有抗菌抗污染性能，但在研究中也發現了納米銀會以銀離子的形式而逐漸流失。有效抗菌抗污染組分的逐漸消失，會影響膜的長期性能。

季銨鹽作為一類廣譜殺菌劑，具有高效、低毒、不易受pH值變化的影響、化學性能穩定等特點，且季銨鹽具有很強的化學設計性，能夠通過簡易的方法接枝到材料表面。聚乙二醇(或聚氧化乙烯)和聚兩性離子應用廣泛的抗污染材料，其通過與水分子發生作用緊密結合后形成水合層，成為污染物在膜表面吸附的屏障，因此有優良的抗蛋白質吸附和抗生物污染性能。同時結合季銨鹽的廣譜殺菌性能和聚乙二醇(或聚氧化乙烯)/聚兩性離子抗污染性能，并將其穩定地結合在微孔膜表面協同發揮作用，對于實現微孔膜長期抗污染性能方面具有重要意義。

發明內容

為克服現有膜分離技術中膜長期使用的污染問題，本發明通過由共價鍵相連的抗菌組分和抗污染組分制備一種抗菌抗污染微孔膜。

本發明的目的之一在于制備一種兼具抗菌抗污染的微孔膜。改性后的微孔膜表面具有長期抗污染效果，能夠抑制細菌、微生物的生長和粘附。