一种抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法。首先采用熔融共混相分离法制备直径为50～300nm的聚乙烯醇

【技术实现步骤摘要】
一种抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于过滤膜
，尤其涉及一种抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]过滤除菌技术在生物制药、食品饮料、医疗、化工电子、空气净化、水处理、环境保护等领域具有广阔诱人的应用前景。除菌膜作为过滤除菌技术的核心，影响并制约着过滤除菌技术的发展和应用。过滤灭菌法是使需要除菌的溶液、气体等如某些药物溶液通过无菌的特定过滤膜，除去活的或死的微生物而得到不含微生物的滤液或气体。例如：利用过滤膜除去蛋白、血清等溶液中的微生物，以实现过滤灭菌作用。研究发现，蛋白等的大小一般在50nm以下，而繁殖型细菌大小一般大于1μm，芽孢大于0.5μm。因此现有技术大多通过对过滤膜的孔径进行设计和调控，实现蛋白和细菌的分离。
[0003]例如，市场上血清蛋白的灭菌过滤器滤膜孔径多采用0.2μm，但存在滤速与灭菌率相矛盾的现象。一般情况下，滤膜孔径越大，滤速越快，但同时由于滤膜孔径大，细菌的灭菌率会降低。如在0.1MPa气压下，将血清蛋白通过孔径为0.2μm的聚醚砜微孔过滤器发现，10min通过的血清蛋白体积为47L，滤速为282L/h；采用中国药典无菌检查法测得灭菌率为99.995％。同时在0.1MPa气压下，将血清蛋白通过孔径为1.2μm的聚醚砜微孔过滤器发现，10min通过的血清蛋白体积为85L，滤速为510L/h；采用中国药典无菌检查法测得灭菌率为96.875％，达不到高端领域的灭菌要求。
[0004]此外，目前常采用的制膜原料如PVDF(聚偏氟乙烯)、PSF(聚砜)或聚醚砜(PES)均为线形聚合物，分子链之间的间距较大从而使脱盐效果较差。虽然可以通过交联形成体型结构，但亲水交联单体的官能团发生交联后，消耗了官能团，从而降低了膜的亲水性。由于材料的亲水性对膜的通量和抗污染性能有很大的影响，因此通量以及抗污染性能也随之降低。与此同时，水中的微生物和细菌在除菌滤膜的使用过程中会在其表面沉积繁殖，形成生物膜而对除菌滤膜造成污染，使膜通量急剧降低。
[0005]因此，为了解决上述问题，研究一种能够制备出力学性能优良、膜通量高、抗污染性能强、具有除菌性能的过滤膜的制备方法，显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法，通过在聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维膜表面接枝两性化合物和/或同时包含烯烃双键以及羧基、磺酸基中的至少一种基团的化合物，既能高效拦截细菌，又能减少对BSA的吸附，进而抑制细菌在膜表面的吸附生长，显著提高其抗污能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0008]一种抗污除菌纳米纤维过滤膜，包括平均孔径为1～20μm的非织造布基材和覆盖在所述非织造布基材表面的平均直径为50～300nm、平均孔径为90～130nm的纳米纤维薄
层；所述纳米纤维薄层包含经等离子体处理接枝到其表面的含烯烃双键的两性类第一接枝化合物和/或分子内同时包含烯烃双键以及羧基、磺酸基中的至少一种基团的第二接枝化合物。
[0009]进一步的，所述纳米纤维薄层包含经等离子体处理接枝到其表面的含烯烃双键的两性类第一接枝化合物和分子内同时包含烯烃双键以及羧基和磺酸基中的至少一种基团的第二接枝化合物，且所述等离子体处理是在所述纳米纤维薄层表面吸附所述第一接枝化合物和所述第二接枝化合物后，再进行等离子体处理接枝。
[0010]进一步的，所述第一接枝化合物包括但不限于为如下结构式中的化合物中的任一种或多种：
[0011][0012]所述第二接枝化合物包括但不限于为如下结构式中的化合物中的任一种或多种：
[0013][0014]进一步的，所述非织造布基材的成分为聚丙烯、聚酯或聚酰胺中的一种或多种；所述纳米纤维薄层的成分为聚乙烯醇-乙烯共聚物，厚度为2～10μm。
[0015]进一步的，所述非织造布基材的最大孔径小于50μm，所述纳米纤维薄层的最大孔径不大于250nm。
[0016]进一步的，所述纳米纤维薄层对牛血清蛋白的吸附率小于0.5％，对缺陷假单胞菌的拦截率为100％。
[0017]一种以上所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0018]S1.采用熔融共混相分离法制备聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维；
[0019]S2.将步骤S1得到的所述纳米纤维分散于质量比为1:1的异丙醇和去离子水的混合溶液中，搅拌均匀，得到质量浓度为5％～20％的聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维悬浮液；
[0020]S3.将步骤S2得到的所述聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布
基材上，在室温下干燥后，得纳米纤维涂层过滤膜；
[0021]S4.将以上所述的第一接枝化合物和/或第二接枝化合物的溶液浸渍吸附或涂覆在步骤S3得到的所述纳米纤维涂层过滤膜表面，在室温下晾干；
[0022]S5.将经步骤S4处理后的所述纳米纤维涂层过滤膜进行等离子体处理0.5～20min，然后取出依次置于乙醇和水溶液中反复冲洗若干次，再在室温下晾干，密封保存，即得到抗污除菌纳米纤维过滤膜。
[0023]进一步的，在步骤S5中，所述等离子体处理的气氛为空气、氧气、氮气、氩气、氦气中的一种或两种，所述气氛的气压为10kPa～200kPa，所述等离子体的功率为50W～200W。
[0024]进一步的，在步骤S1中，所述聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维的平均直径为50～300nm；在步骤S3中，所述非织造布基材的平均孔径为1～20μm；所述纳米纤维涂层过滤膜中聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维涂层的厚度为2～10μm，平均孔径为90～130nm。
[0025]进一步的，在步骤S4中，所述第一接枝化合物和/或第二接枝化合物的溶液的质量总浓度为0.5％～20％。
[0026]进一步的所述溶液为第一接枝化合物和第二接枝化合物的混合溶液，且所述第一接枝化合物和第二接枝化合物的质量比为0～100％:0～100％，所述混合溶液的溶剂为水、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
[0027]有益效果
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供的抗污除菌纳米纤维过滤膜及其制备方法具有如下有益效果：
[0029](1)本专利技术提供的抗污除菌纳米纤维过滤膜，以非织造布和覆盖在其表面的PVA-co-PE纳米纤维薄层为过滤膜基体，首先在其表面吸附含烯烃双键的两性类第一接枝化合物和/或分子内同时包含烯烃双键以及羧基、磺酸基中的至少一种基团的第二接枝化合物，然后再进行等离子体处理。如此操作，一方面PVA-co-PE纳米纤维表面在等离子体的作用下，产生羟基、羧基等活性基团，使得接枝化合物与PVA-co-PE纳米纤维薄层产生化学键合，提高其接枝率和延长其抗污除菌功能性的使用寿命；另一方面，由于第一接枝化合物和第二接枝化合物均为包含至少两个活性官能团的化合物，在等离子体的作用下，能够发生交联作用，从而在无需添加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗污除菌纳米纤维过滤膜，其特征在于，包括平均孔径为1～20μm的非织造布基材和覆盖在所述非织造布基材表面的平均直径为50～300nm、平均孔径为90～130nm的纳米纤维薄层；所述纳米纤维薄层包含经等离子体处理接枝到其表面的含烯烃双键的两性类第一接枝化合物和/或分子内同时包含烯烃双键以及羧基和磺酸基中的至少一种基团的第二接枝化合物。2.根据权利要求1所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜，其特征在于，所述纳米纤维薄层包含经等离子体处理接枝到其表面的含烯烃双键的两性类第一接枝化合物和分子内同时包含烯烃双键以及羧基和磺酸基中的至少一种基团的第二接枝化合物，且所述等离子体处理是在所述纳米纤维薄层表面吸附所述第一接枝化合物和所述第二接枝化合物后，再进行等离子体处理接枝。3.根据权利要求1所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜，其特征在于，所述第一接枝化合物包括但不限于为如下结构式中的化合物中的任一种或多种：所述第二接枝化合物包括但不限于为如下结构式中的化合物中的任一种或多种：所述第二接枝化合物包括但不限于为如下结构式中的化合物中的任一种或多种：4.根据权利要求1所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜，其特征在于，所述非织造布基材的成分为聚丙烯、聚酯或聚酰胺中的一种或多种；所述纳米纤维薄层的成分为聚乙烯醇-乙烯共聚物，厚度为2～10μm；所述非织造布基材的最大孔径小于50μm，所述纳米纤维薄层的最大孔径不大于250nm。5.根据权利要求1所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜，其特征在于，所述纳米纤维薄层对牛血清蛋白的吸附率小于0.5％，对缺陷假单胞菌的拦截率为100％。6.一种权利要求1至5中任一项权利要求所述的抗污除菌纳米纤维过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采用熔融共混相分离法制备聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维；S2.将步骤S1得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程芹，王栋，刘轲，贾晓丹，程盼，胡威，周鹏程，武艺，郭启浩，徐佳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：