一种抗菌复合纳滤膜及其制备方法和应用技术

技术编号:15229056 阅读:144 留言:0更新日期:2017-04-27 14:35
本发明专利技术涉及分离膜技术领域,公开了一种抗菌复合膜及其制备方法,由该方法制备得到的抗菌复合膜,以及该抗菌复合膜在水处理领域中的应用。所述复合纳滤膜包括支撑层、位于该支撑层表面上的交联网状结构以及附着于所述交联网状结构的银纳米粒子,其中,所述交联网状结构由含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂在含有交联剂的溶液中进行交联反应得到。本发明专利技术提供的抗菌复合纳滤膜不仅具有较高的截盐率和透水性,还具有较强的抗菌性,而且其制备方法简单,极具工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分离膜
,具体地,涉及一种抗菌复合膜及其制备方法,由该方法制备得到的抗菌复合膜,以及该抗菌复合膜在水处理领域中的应用。
技术介绍
纳滤及反渗透是目前使用最为广泛的,靠压力驱动来实现分离的水处理技术。纳滤膜的孔径范围在几纳米左右,对单价离子和分子量小于200的有机物的脱除较差,而对二价或多价离子及分子量介于200-500之间的有机物有较高的脱除率,可广泛地用于水软化、饮用水净化、改善水质、油水分离、废水处理及回用、海水软化以及染料、抗生素、多肽、多糖等化工制品的分级、纯化和浓缩等领域。相比纳滤膜,反渗透膜的孔径更小,对一价离子具有很好的脱出率,主要应用于海水及苦咸水淡化,锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备,饮用纯净水生产,废水处理及特种分离过程中。膜材料是膜技术的核心。已经商品化的复合纳滤膜及反渗透膜,其分离层材料大多是芳香聚酰胺。芳香聚酰胺具有截盐率高、透水性好、化学稳定性优良以及操作压力低等优点。但是,目前所使用的复合膜均不具备抗菌或杀菌能力,这就要求在实际运行过程中,定期对膜进行杀菌处理,使用专用药剂进行清洗。杀菌剂的使用不仅提高了膜的使用成本,还会导致膜的性能下降,从而降低其使用寿命。纳米银是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在20nm左右,对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用。最重要的是,纳米银无毒,广泛应用在医疗、日用品、纺织以及涂料等领域。将纳米银引入到纳滤以及反渗透膜中来抗生物污染,也有相关专利和文献进行报道。CN101874989A(时代沃顿科技有限公司)公开了在已经通过界面聚合制备完成的反渗透膜表面,再涂覆一层含有纳米银以及间苯二胺的水相,膜表面再次交联从而将银纳米粒子固定在膜表面。Elimelech课题组将聚酰胺复合反渗透膜浸入含有AgNO3的水溶液中,排液后,再浸入含有NaBH4的水溶液中,利用原位反应在膜表面生成纳米银。CN200880020416.2公开了一种复合半透膜的制造方法,其包括:在多孔性支撑体的表面形成含有由多官能胺成分与多官能酰卤成分反应得到的聚酰胺系树脂的表层的工序;在所述表层上直接或间隔其他的层形成含有银盐化合物的聚合物层A的工序;以及将所述银盐化合物还原而使金属银在所述聚合物层A中和/或表面析出的工序。CN201310286749.2公开了一种在分离膜表面原位生成纳米粒子的方法,包括对基础分离膜进行一次以上的表面修饰和在经过表面修饰的分离膜表面进行一次以上的纳米粒子原位生成,其特征在于所述的表面修饰是指将基础分离膜浸泡在浓度为0.001mg/mL-100mg/mL,pH值为7-12的多巴胺缓冲盐溶液中,在氧气参与或者氧化剂参与的条件下修饰1分钟-7天,在基础分离膜表面形成聚多巴胺层;所述的纳米粒子原位生成是指将表面生成聚多巴胺层的分离膜浸泡在浓度为0.001-10,000mM/L的金属盐溶液中1分钟-300天,原位生成纳米粒子,也可以在还原剂作用下加速原位生成纳米粒子。上述报道的抗菌复合膜,纳米银或是存在于膜内,或是附着在复合膜的表面。前者降低了银离子的释放效率,从而降低了膜的杀菌效率;后者膜表面的银纳米粒子容易流失,缩短了膜的抗菌寿命。因此,开发银纳米粒子通过化学键或者分子间作用力固定在膜表面的杀菌或抑菌性能的复合膜新产品,具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的复合纳滤膜的不具有抗菌性能的缺陷,而提供一种抗菌复合膜及其制备方法,以及由该方法制备得到的抗菌复合膜在水处理领域中的应用。为了实现上述目的,本专利技术提供一种抗菌复合纳滤膜,所述复合纳滤膜包括支撑层、位于该支撑层表面上的交联网状结构以及附着于所述交联网状结构的银纳米粒子,其中,所述交联网状结构由含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂在含有交联剂的溶液中进行交联反应得到。本专利技术还提供了一种抗菌复合纳滤膜的制备方法,该方法包括以下步骤:(1)将含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂溶解于溶剂中制备成涂覆液;(2)将所述涂覆液涂覆在支撑层上形成初始膜;(3)将步骤(2)形成有初始膜的支撑层浸入含有交联剂和交联催化剂的溶液中进行交联反应,得到包括支撑层和位于所述支撑层表面上的交联网络结构的初始复合纳滤膜;(4)将所述初始复合纳滤膜与含有硝酸银和非离子表面活性剂的水溶液接触,得到复合纳滤膜;(5)将步骤(4)得到的复合纳滤膜进行加热处理。本专利技术还提供了由上述方法制备得到的抗菌复合纳滤膜。本专利技术还提供了上述抗菌复合纳滤膜和由上述制备方法制备得到的复合纳滤膜在水处理领域中的应用。本专利技术的专利技术人经过深入研究发现,一方面,本专利技术所述的含有羟基的聚合物与含有巯基的硅烷偶联剂通过溶胶-凝胶以及热交联反应后形成了交联网络结构,对二价离子具有较高的截留效果;另一方面,膜表面的多元羟基聚合物可吸附Ag+,并在加热条件下将其还原为银纳米粒子,而且膜表面的巯基还可与生成的纳米银形成相互作用。本专利技术的优势为:(1)方法简单易于扩大生产;(2)原位还原,防止纳米银的聚集;(3)纳米银可以通过与巯基的相互作用固定在高分子层的表面,防止纳米银在水里流失。综上所述,本专利技术提供的抗菌复合纳滤膜不仅具有较高的截盐率和透水性(水通量),还具有较强的抗菌性,而且其制备方法简单,极具工业应用前景。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术,但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是根据本专利技术的实施例1的制备方法制备得到的抗菌复合纳滤膜的SEM电镜照片;图2是根据本专利技术的实施例1的制备方法制备得到的抗菌复合纳滤膜的EDS图谱。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种抗菌复合纳滤膜,所述复合纳滤膜包括支撑层、位于该支撑层表面上的交联网状结构以及附着于所述交联网状结构的银纳米粒子,其特征在于,所述交联网状结构由含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂在含有交联剂的溶液中进行交联反应得到。根据本专利技术,所述抗菌复合纳滤膜的分离曾表面含有银纳米粒子,所述银纳米粒子的粒径可以为5-20nm。根据本专利技术,在所述交联反应过程中,以100重量份的含有交联剂的溶液为基准,所述含有羟基的聚合物的用量可以为0.1-50重量份,优选为0.25-25重量份;所述含有巯基的硅烷偶联剂的用量可以为0.01-50重量份,优选为0.025-25重量份。根据本专利技术,所述含有羟基的聚合物可以为聚乙烯醇、葡萄糖、壳聚糖、海藻酸钠和壳聚糖季铵盐中的一种或多种;从原料易得性的角度考虑,优选地,所述含有羟基的聚合物为聚乙烯醇、葡萄糖、壳聚糖和海藻酸钠中的一种或多种。在本专利技术中,所述壳聚糖(chitosan)又称脱乙酰甲壳素,是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的,化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-巯基-B-D葡萄糖。根据本专利技术,所述含有巯基的硅烷偶联剂可以为γ-巯丙基三甲氧基硅烷和/或γ-巯丙基三乙氧基硅烷。本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种抗菌复合纳滤膜,所述复合纳滤膜包括支撑层、位于该支撑层表面上的交联网状结构以及附着于所述交联网状结构的银纳米粒子,其特征在于,所述交联网状结构由含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂在含有交联剂的溶液中进行交联反应得到。

【技术特征摘要】
1.一种抗菌复合纳滤膜,所述复合纳滤膜包括支撑层、位于该支撑层表面上的交联网状结构以及附着于所述交联网状结构的银纳米粒子,其特征在于,所述交联网状结构由含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂在含有交联剂的溶液中进行交联反应得到。2.根据权利要求1所述的抗菌复合纳滤膜,其中,所述银纳米粒子的粒径为5-20nm。3.根据权利要求1所述的抗菌复合纳滤膜,其中,在所述交联反应过程中,以100重量份的含有交联剂的溶液为基准,所述含有羟基的聚合物的用量为0.1-50重量份,优选为0.25-25重量份;所述含有巯基的硅烷偶联剂的用量为0.01-50重量份,优选为0.025-25重量份。4.根据权利要求1或3所述的抗菌复合纳滤膜,其中,所述含有羟基的聚合物为聚乙烯醇、葡萄糖、壳聚糖、海藻酸钠和壳聚糖季铵盐中的一种或多种。5.根据权利要求1或3所述的抗菌复合纳滤膜,其中,所述含有巯基的硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷和/或γ-巯丙基三乙氧基硅烷。6.根据权利要求1或3所述的抗菌复合纳滤膜,其中,所述交联剂为甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛和戊二醛中的一种或多种,优选为甲醛、乙醛、丙醛和丁醛中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的抗菌复合纳滤膜,其中,所述支撑层的厚度为90-150微米,优选为100-120微米;所述表面含有银纳米粒子的分离层的
\t厚度为0.05-0.5微米,优选为0.1-0.3微米。8.权利要求1-7中任意一项所述的抗菌复合纳滤膜的制备方法,该方法包括以下步骤:(1)将含有羟基的聚合物、含有巯基的硅烷偶联剂溶解于溶剂中制备成涂覆液;(2)将所述涂覆液涂覆在支撑层上形成初始膜;(3)将步骤(2)形成有初始膜的支撑层浸入含有交联剂和交联催化剂的溶液中进行交联反应,得到包括支撑层和位于所述支撑层表面上的交联网络结构的初始复合纳滤膜;(4)将所述初始复合纳滤膜与含有硝酸银和非离子表面活性剂的水溶液接触,得到复合纳滤膜;(5)将步骤(4)得到的复合纳滤膜进行加热处理。9.根据权利要求8所述的制备方法,其中,在步骤(1)中,以100重量份的溶剂为基准,所述含有羟基的聚合物的用量为0.1-50重量份,优选为0.25-25重量份;所述含有巯基的硅烷偶联剂的用量为0.01-50重量份,优选为0.025-25重量份。10.根据权利要求8或9所述的制备方法,其中,在步骤(1)中,所述含有羟基的聚合物为聚乙烯醇、葡萄糖、壳聚糖、海藻酸钠和壳聚糖季铵盐中的一种或多种。11.根据权利要求8或9所述的制备方法,其中,在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:张杨刘轶群潘国元严昊徐健郭敏
申请(专利权)人:中国石油化工股份有限公司中国石油化工股份有限公司北京化工研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1