一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用。制备方法包括如下步骤：采用碱性溶液对超滤基膜进行水解，再采用酸性溶液除去残余碱性物质，得到的水解膜置于EDC/NHS活化液中活化，加入壳聚糖溶液接枝，得到改性膜加入到甜菜碱溶液中接枝，得到抗污染超滤膜。本发明专利技术选用低聚的壳聚糖和小分子甜菜碱作为改性物质，同时利用羧基和氨基之间的交联反应

【技术实现步骤摘要】
一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及膜分离
，尤其涉及一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超滤是一种介于微滤和纳滤之间的压力驱动膜分离技术，膜孔径通常为0.001
‑
0.1μm，操作压力为0.1
‑
1.0Mpa。超滤技术的分离原理是孔径筛分作用，即在一定的压力下，进料液中的小分子溶质和溶剂可以透过膜，但粒径较大的颗粒和分子量较大的大分子有机物则会由于筛分作用而被截留。与其他的膜分离技术相比，超滤技术主要有条件温和、分离效率高、能耗低等优点。在实际的工业应用中，超滤技术也被广泛地应用于污水处理、医药提纯、水质净化和食品工业的发酵浓缩等领域。
[0003]在污水处理领域中，超滤往往与膜生物反应器(MBR)相结合进行应用。MBR是一种将膜分离单元与生物处理相结合的新型水处理技术，其主要的技术特点在于采用膜组件替代传统工艺中的二沉池，以实现体系中的固液分离。而膜组件高效的固液分离性能，也使得MBR技术具有了更好的生化处理效果、更高的出水水质、更稳定的运行体系以及更小的占地面积等独特优势。但是，膜组件运行过程中出现的膜污染现象仍然是阻碍MBR技术进一步推广应用的一大难题。因此，研发一种具有较强的抗有机污染和抗生物污染性能的超滤膜来减轻膜污染现象是一种极具价值的解决方案。
[0004]已有的研究表明，膜材料的抗污染性能在很大程度上取决于膜材料的表面性质。在抗有机污染方面，膜材料表面的亲水性被广泛认为是决定膜材料抗污染性能的主要因素，因为亲水性的膜能在其表面形成一层高能垒的水化层，进而有效减少水体中大部分的疏水性有机物在膜表面的黏附。但许多的亲水改性往往由于交联度过高或引入的亲水性聚合物链段较长，容易导致膜孔堵塞，进而导致膜通量的大幅下降。在抗生物污染方面，主要的策略是通过向膜上引入具有杀菌性能的组分来使膜具有抗菌性且多应用于生物医药领域，但这类抗菌膜上强力的杀菌组分很可能导致体系中功能菌的失活和有机物的进一步释放，从而加剧膜污染。因此，对于MBR体系中的抗生物污染膜应更注重于其抗菌黏附的性能。因此，研发一种具有良好的亲水性、抗菌黏附性能、抗蛋白污染性能，且膜通量高的超滤膜具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抗污染超滤膜。该抗污染超滤膜具有较强的亲水性，抗菌黏附性能较好，膜通量高，污染后的通量恢复高，具有良好的抗蛋白污染性能，并且几乎没有溶出性的杀菌性能，不会影响到处理体系中的功能菌群。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述抗污染超滤膜的制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述抗污染超滤膜的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种抗污染超滤膜的制备方法，包括如下
步骤：
[0009](1)采用碱性溶液对超滤基膜进行水解，清洗，再采用酸性溶液除去残余碱性物质，得到水解膜；
[0010](2)将步骤(1)的水解膜置于EDC/NHS活化液中活化，除去多余的EDC/NHS，再加入壳聚糖溶液进行接枝，清洗，得到改性膜；
[0011](3)将步骤(2)的改性膜加入到甜菜碱溶液中进行接枝，清洗，得到抗污染超滤膜。
[0012]优选地，步骤(1)中所述超滤基膜为通过水解反应或等离子体活化处理后膜表面带有羧基的超滤基膜；更优选地，步骤(1)中所述超滤基膜为聚丙烯腈(PAN)超滤基膜。
[0013]优选地，步骤(1)中所述超滤基膜预先采用乙醇溶液浸润处理，去离子水清洗，备用。
[0014]优选地，步骤(1)
‑
(3)中所述清洗采用去离子水。
[0015]优选地，步骤(1)中所述碱性溶液可以为强碱或弱碱溶液，包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠溶液等；所述碱性溶液为氢氧化钠溶液时，其浓度可以为1
‑
3mol/L。
[0016]优选地，步骤(1)中所述水解为45
‑
65℃水解0.5
‑
1h。
[0017]优选地，步骤(1)中所述酸性溶液为盐酸，除去残余氢氧化钠的方式为采用盐酸浸泡过夜；所述盐酸的浓度可以为0.1
‑
1.0mol/L。
[0018]优选地，步骤(2)中所述活化的时间为20
‑
60min。
[0019]优选地，步骤(2)中所述除去多余的EDC/NHS的方式为采用MES溶液清洗；所述MES溶液的浓度可以为0.1mol/L。
[0020]优选地，步骤(2)中所述接枝的时间为3
‑
12h。
[0021]优选地，步骤(2)中所述EDC/NHS活化液中，EDC和NHS的摩尔比为1:1
‑
2:1；所述EDC/NHS活化液中MES、EDC、NHS的浓度可以为0.05mol
‑
0.1mol/L。
[0022]优选地，步骤(2)中所述EDC/NHS活化液是将1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N
‑
羟基丁二酰亚胺(NHS)以及2
‑
吗啉乙磺酸(MES)与去离子水混合，调节pH至5.5
‑
7.0，得到。
[0023]优选地，步骤(2)中所述壳聚糖溶液中，壳聚糖的浓度为0.1g/L
‑
1.0g/L；所述壳聚糖溶液中MES的浓度可以为0.05mol
‑
0.1mol/L。
[0024]优选地，步骤(2)中所述壳聚糖溶液中壳聚糖的粘度＜200mPa.s或分子量＜5万道尔顿。
[0025]优选地，步骤(2)中所述壳聚糖溶液是将壳聚糖的乙酸溶液、MES以及去离子水混合，调节pH至5.5
‑
7.0，得到；所述壳聚糖的乙酸溶液中乙酸浓度可以为1％。
[0026]优选地，步骤(3)中所述接枝的时间为3
‑
12h。
[0027]优选地，步骤(3)中所述甜菜碱溶液中，甜菜碱的浓度为0.1g/L
‑
1.0g/L。
[0028]优选地，步骤(3)中所述甜菜碱溶液中，EDC和NHS的摩尔比为1:1
‑
2:1；所述甜菜碱溶液中MES、EDC、NHS的浓度可以为0.05mol
‑
0.1mol/L。
[0029]优选地，步骤(3)中所述甜菜碱溶液是将1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N
‑
羟基丁二酰亚胺(NHS)、甜菜碱以及2
‑
吗啉乙磺酸(MES)与去离子水混合，调节pH至5.5
‑
7.0，得到。
[0030]一种抗污染超滤膜，通过上述制备方法制备得到。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗污染超滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用碱性溶液对超滤基膜进行水解，清洗，再采用酸性溶液除去残余碱性物质，得到水解膜；(2)将步骤(1)的水解膜置于EDC/NHS活化液中活化，除去多余的EDC/NHS，再加入壳聚糖溶液进行接枝，清洗，得到改性膜；(3)将步骤(2)的改性膜加入到甜菜碱溶液中进行接枝，清洗，得到抗污染超滤膜。2.根据权利要求1所述抗污染超滤膜的制备方法，其特征在于，至少包含如下各项中的一项：步骤(1)中所述碱性溶液为强碱或弱碱溶液；步骤(1)中所述酸性溶液为盐酸，除去残余氢氧化钠的方式为采用盐酸浸泡过夜；步骤(2)中所述除去多余的EDC/NHS的方式为采用MES溶液清洗；步骤(2)中所述壳聚糖溶液中壳聚糖的粘度＜200mPa.s或分子量＜5万道尔顿。3.根据权利要求1或2所述抗污染超滤膜的制备方法，其特征在于，至少包含如下各项中的一项：步骤(1)中所述水解为45
‑
65℃水解0.5
‑
1h；步骤(2)中所述活化的时间为20
‑
60min；步骤(2)中所述接枝的时间为3
‑
12h；步骤(3)中所述接枝的时间为3
‑
12h。4.根据权利要求1所述抗污染超滤膜的制备方法，其特征在于，至少包含如下各项中的一项：步骤(2)中所述EDC/NHS活化液中，EDC和NHS的摩尔比为1:1
‑
2:1；步骤(2)中所述壳聚糖中，壳聚糖的浓度为0.1g/L
‑
1.0g/L；步骤(3)中所述甜菜碱溶液中，甜菜碱的浓度为0.1g/L
‑
1.0g/L；步骤(3)中所述甜菜碱溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡刚，陈琪量，黄裕熙，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：