高效抗菌正渗透海水淡化膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高效抗菌正渗透海水淡化膜及其制备方法与应用。所述的制备方法包括：将醋酸纤维素、聚乙二醇及溶剂混合均匀形成铸膜液，并采用相转化法制成醋酸纤维素基膜，之后依次置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系、包含抗菌物质的第二液相体系，获得高效抗菌正渗透海水淡化膜。本发明专利技术的高效抗菌正渗透海水淡化膜抗污染和抗菌性能优良，分离效率高，水通量大，可以应用于海水淡化领域，同时其制备方法简单易行，适于规模化生产。

Efficient Antibacterial Positive Osmosis Seawater Desalination Membrane and Its Preparation Method and Application

The invention discloses an efficient anti-bacterial positive osmosis seawater desalination membrane, a preparation method and application thereof. The preparation method includes: uniformly mixing cellulose acetate, polyethylene glycol and solvent to form a casting solution, and using phase conversion method to form cellulose acetate basement membrane, then sequentially inserting the first liquid phase system containing hydrophilic substances and sodium alginate, and the second liquid phase system containing antimicrobial substances, to obtain a highly effective antimicrobial positive penetration desalination membrane. The high-efficiency positive osmosis seawater desalination membrane has excellent anti-pollution and anti-bacterial performance, high separation efficiency and large water flux, and can be applied in the field of seawater desalination. At the same time, the preparation method is simple and feasible, and is suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
高效抗菌正渗透海水淡化膜及其制备方法与应用
本专利技术属于正渗透水处理膜
，特别涉及一种高效抗菌正渗透海水淡化膜及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来，水资源危机日益加重。面对水资源短缺，向海水、苦咸水辟源是一个重要途径，渗透膜分离技术将日渐发挥重要作用，在海水淡化技术中，在国际上得到了广泛的重视，是膜分离技术的研究热点之一。渗透性膜分离技术主要包括正渗透技术(ForwardOsmosis，FO)和反渗透技术(ReverseOsmosis，RO)。目前，商业化的海水淡化技术是反渗透技术。但是，反渗透技术需要高压操作，能耗较高，且对预处理要求严格，运行成本高，还伴有浓排等二次污染。与反渗透分离技术相比，正渗透技术只依靠渗透压，无需外界压力，具有能耗低、无二次污染等优点，作为反渗透技术的补充，有望共同解决人类淡水资源短缺的问题。尽管正渗透技术应用广泛，潜力巨大，但在膜分离过程中的膜污染问题仍然亟待解决。膜污染可分为有机污染、无机污染和生物污染三大类。有机污染和无机污染均可通过预处理的方法得到预防，或者使用化学清洗方法进行再利用。正渗透膜在应用于海水淡化中时，由于长时间与海水接触，海水中生物污染是正渗透膜在使用中的最大问题。膜生物污染主要原因是微生物的吸附和增殖。但生物污染难预防并且不易清洗去除，主要是因为即使在预处理中将绝大部分的微生物被灭活，在合适的条件下生物活性也能使剰余的微生物生长繁殖，迅速扩散形成严重的生物污染。膜污染不仅使膜通量下降，影响产水水质，并且会使膜产生劣化，使得膜寿命减少，增加膜过程成本。但微生物污染至今无法完全避免，因此，制备具有抑菌性的膜对膜应用领域具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效抗菌正渗透海水淡化膜及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种高效抗菌正渗透海水淡化膜的制备方法，其包括：(1)至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜；(2)将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中；(3)将经步骤(2)处理后的醋酸纤维素基膜置入包含抗菌物质的第二液相体系中，获得高效抗菌正渗透海水淡化膜。在一些实施例中，所述亲水物质包括聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、聚丙烯酰胺、聚多巴胺和聚丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合。在一些实施例中，所述第一液相体系包含0.5～3wt％亲水物质及0.1～2wt％海藻酸钠。在一些实施例中，所述第二液相体系包含0.1～2wt％抗菌物质。优选的，所述抗菌物质包括三甲基壳聚糖、溶菌酶、乳酸钠和山梨酸钠中的任意一种或两种以上的组合。本专利技术实施例还提供了由所述方法制备的高效抗菌正渗透海水淡化膜。优选的，所述高效抗菌正渗透海水淡化膜包括：醋酸纤维素基膜；至少分布于所述醋酸纤维素基膜表面的、主要由亲水物质和海藻酸钠形成的亲水层；以及至少分布于所述亲水层表面的抗菌层。本专利技术实施例还提供了前述的高效抗菌正渗透海水淡化膜于海水淡化领域的用途。例如，本专利技术实施例还提供了一种海水淡化装置，其包括：可供待处理海水通过的流体通道；以及置于所述流体通道内的、前述的高效抗菌正渗透海水淡化膜。与现有技术相比，本专利技术提供的高效抗菌正渗透海水淡化膜的制备方法，通过海藻酸钠的附着性能，将亲水物质附着在膜表面并再次涂覆抗菌剂如三甲基壳聚糖，可以有效提高膜的抗生物污染能力。亲水物质的引入可以提高膜的浸润性，使微生物不容易吸附在膜表面；抗菌剂的引入可以抑制吸附在膜表面的微生物的生长，起到抗菌抑菌的作用。该制备方法在常温常压下制备，制备方法简单易行，未来有希望用于工业生产。本专利技术的方法制备出的正渗透膜抗污染和抗菌能力强，分离效率高，水通量大，可以应用于海水淡化领域。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种高效抗菌正渗透海水淡化膜的制备方法，其包括：(1)至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜；(2)将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中；(3)将经步骤(2)处理后的醋酸纤维素基膜置入包含抗菌物质的第二液相体系中，获得高效抗菌正渗透海水淡化膜。在一些实施例中，所述的步骤(1)包括：至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，并在保护性气氛中搅拌溶解，静置脱泡，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜。优选的，所述保护性气氛包括氮气气氛。优选的，所述铸膜液包含10～20wt％醋酸纤维素、1～10wt％聚乙二醇以及70～89wt％溶剂。优选的，所述溶剂包括氯仿和N-N二甲基甲酰胺。进一步的，所述氯仿和N-N二甲基甲酰胺的质量比为5：1～3：1。在一些实施例中，所述步骤(2)包括：将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中，并于室温下震荡1～30分钟，取出干燥。优选的，所述亲水物质包括聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、聚丙烯酰胺、聚多巴胺和聚丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述第一液相体系包含0.5～3wt％亲水物质及0.1～2wt％海藻酸钠。进一步的，所述第一液相体系为包含有亲水物质和海藻酸钠的水溶液。在一些实施例中，所述步骤(3)包括：将经步骤(2)处理后的醋酸纤维素基膜置入包含抗菌物质的第二液相体系中，并于室温下震荡1～30分钟，取出后干燥，获得所述高效抗菌正渗透海水淡化膜。在一些实施例中，所述第二液相体系包含0.1～2wt％抗菌物质。优选的，所述抗菌物质包括三甲基壳聚糖、溶菌酶、乳酸钠和山梨酸钠等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。优选的，所述第二液相体系为包含有抗菌物质、乙醇和水的混合溶液。进一步的，所述第二液相体系中水和乙醇的质量比为5：1～2：1。其中，作为一更为具体的实施方案之一，所述制备方法可以包括以下步骤：步骤(1)将醋酸纤维素、作为制孔剂的聚乙二醇溶于氯仿和N-N二甲基甲酰胺的混合溶液中配制成铸膜液，氮气氛围下60℃下搅拌6小时，静置5小时脱泡，利用相转化方法将铸膜液制成醋酸纤维素基膜；步骤(2)将制备好的醋酸纤维素基膜浸入含有亲水物质的海藻酸钠的水溶液中，于室温下震荡1～30分钟，取出后在40℃真空烘箱中干燥；步骤(3)将三甲基壳聚糖溶于水和乙醇的混合溶液中，将步骤(2)所制备的膜片浸入该混合溶液中，于室温下震荡1～30分钟，取出后在40℃真空烘箱中干燥，得到高效抗菌正渗透海水淡化膜。作为本专利技术技术方案的另一个方面，其还涉及由前述方法制备的高效抗菌正渗透海水淡化膜。具体的，所述高效抗菌正渗透海水淡化膜包括：醋酸纤维素基膜；至少分布于所述醋酸纤维素基膜表面的、主要由亲水物质和海藻酸钠形成的亲水层；以及至少分布于所述亲水层表面的抗菌层。优选的，所述抗菌物质包括三甲基壳聚糖、溶菌酶、乳酸钠和山梨酸钠等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。优选的，所述高效抗菌正渗透海水淡化膜的厚度为130～180μm。优选的，所述高效抗菌正渗透海水淡化膜的亲水面与水的接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效抗菌正渗透海水淡化膜的制备方法，其特征在于包括：(1)至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜；(2)将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中；(3)将经步骤(2)处理后的醋酸纤维素基膜置入包含抗菌物质的第二液相体系中，获得高效抗菌正渗透海水淡化膜。

【技术特征摘要】
1.一种高效抗菌正渗透海水淡化膜的制备方法，其特征在于包括：(1)至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜；(2)将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中；(3)将经步骤(2)处理后的醋酸纤维素基膜置入包含抗菌物质的第二液相体系中，获得高效抗菌正渗透海水淡化膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：至少将醋酸纤维素、聚乙二醇于溶剂中混合均匀，形成铸膜液，并在保护性气氛中搅拌溶解，静置脱泡，之后采用相转化法制成醋酸纤维素基膜；优选的，所述保护性气氛包括氮气气氛。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述铸膜液包含10～20wt％醋酸纤维素、1～10wt％聚乙二醇以及70～89wt％溶剂；优选的，所述溶剂包括1,4-二氧六环和N-N二甲基甲酰胺；尤其优选的，所述1,4-二氧六环和N-N二甲基甲酰胺的质量比为5：1～3：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括：将所述醋酸纤维素基膜置入包含亲水物质和海藻酸钠的第一液相体系中，并于室温下震荡1～30分钟，取出干燥。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述亲水物质包括聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、聚丙烯酰胺、聚多巴胺和聚丙烯酸中的任意一种或两种以上的组合。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述第一液相体系包含0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立平，宋海明，朱丽静，曾志翔，薛群基，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33