【技术实现步骤摘要】
本申请属于膜分离，具体涉及一种各向异性微滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、微滤膜的有效孔径范围在0.1~10微米，可以用于从液体流去除颗粒，如固体颗粒、细菌和微生物。在本领域已知微孔膜有各向同性（对称）和各向异性（不对称）的结构，所谓的对称膜指微孔的测量值在厚度方向上基本没有变化，其两侧的微孔直径基本相同。而所谓的非对称膜指其微孔直径在厚度方向上具有连续或不连续地变化。然而，传统的对称膜在某些应用中已不太适用，这是因为，对称膜对流体流动会提供更大的阻力，与具有相同保留性的不对称膜相比具有更慢的流速。
2、通量性能对于过滤应用变得越来越重要，提高过滤膜通量而不影响其保留性能的一种方法是优化膜结构，另一种是增加孔隙率。具有多区结构的膜在科学上更具吸引力，因为可以微调每个区以实现整体改进的性能。现有技术公开了一种最常见的不对称膜具有的梯度结构，其中孔径从一个表面到另一个表面逐渐且连续地增加；现有技术还公开了一种不对称膜，该膜包含表皮和高度多孔的不对称载体，表皮含有平均孔径为约0.005至约3.0微米的孔，不对称载体包含网状结构，该结构含有平均孔径为表面平均孔径约10至约20000倍的孔，该结构往往伴随着表面划痕导致的截留效果降低的风险；现有技术还公开了一种“沙漏”型不对称微孔膜，孔径在厚度方向上具有分布，最小孔隙层设置在膜内，增加过滤流量并延长过滤器的寿命，但是其制备过程需要通过控制与展开溶液的表面接触的非溶剂蒸汽的量以及吹气速率，最小孔隙层的深度和其中的孔隙直径难以调节，且最小孔隙层较薄。
3、在构建各
技术实现思路
1、因此，本申请要解决的技术问题在于克服现有技术中的不对称微滤膜存在的上述缺陷，从而提供一种各向异性微滤膜及其制备方法和应用。
2、为此，本申请提供如下技术方案：
3、本申请提供一种各向异性微滤膜，包括多孔主体，所述多孔主体一侧为第一表面，另一侧为第二表面，所述多孔主体包括从第一表面到第二表面方向上孔径逐渐减小的支撑层、孔径趋向一致的分离层以及孔径逐渐增大的大孔层。分离层占据多孔主体（微滤膜整体）的厚度比例为14-30%。支撑层和大孔层的厚度比例（1.0-11）：1，支撑层的不对称系数1-16，大孔层的不对称系数5-38。
4、分离层设置在支撑层和大孔层之间，可以对分离层起到保护效果，防止损伤分离层的孔隙结构，通过控制分离层的厚度比例为14-30%，可以保障微滤膜具备优异的截留效果，而且支撑层和大孔层均为不对称结构，可以在增加分离层的厚度提高分离效果，同时还可以具备优异的通量。支撑层的不对称系数在膜内变化趋势较小，在膜内部可以起到更好的支撑效果，保障膜更好的抗压性能；大孔层作为分离层的外侧，较高的不对称系数，既能起到对分离层的保护效果，又能起到预过滤效果。通过对支撑层和大孔层的厚度比例和不对称系数进行限定，可以使得第一表面和第二表面均可以作为进液面进行过滤操作，不用限定某一表面作为进液面，解决了现有技术中需要特指进液面，以及实际使用时第一表面和第二表面难以区分的问题。
5、所述各向异性微滤膜的第一表面平均孔径为0.2~1.1μm，孔洞占比率为12%-35%；所述各向异性微滤膜的第二表面平均孔径为0.35~1.8μm，孔洞占比率为10%-30%。
6、本申请中，孔洞占比率是指第一表面和第二表面上的孔洞面积占据表面面积的比例。孔洞占比率越高，表明在同一时间点进去膜内的料液量越多，确保了更好的通量。
7、所述分离层的平均孔径为170~500nm。
8、分离层起到最主要的分离作用，且其孔径趋向一致，具有对称性，分离层保持170nm至500nm的孔径可去除绝大多数细菌微生物，对于常规样品、流动相等的过滤，满足色谱要求。为了针对不同的料液，可以选择不同平均孔径的分离层，优选为200 nm、300 nm、400 nm或500 nm。
9、本申请中，小孔层的不对称系数为2~53；不对称系数代表了各层内的孔径变化趋势，小孔层的不对称系数越高，表明靠近第一表面的孔径会越小，有利于更好的截留。
10、作为优选的实施方式，本申请所述的各向异性微滤膜，不仅仅包括三层结构，还在第一表面侧上设计了一个小孔层，使微滤膜膜主体具备从第一表面到第二表面方向上孔径逐渐增大的小孔层，孔径逐渐减小的支撑层，孔径趋向一致的分离层以及孔径逐渐增大的大孔层。
11、孔径趋向一致的分离层为小孔径的对称层，起到过滤截留的作用，且将分离层设置在微滤膜内部，可以防止外力导致的分离层受损，影响截留效率。小孔层、支撑层和大孔层均设置为非对称结构，提高微滤膜的通量大小。且本申请的微滤膜应用广泛，足够适应实际应用中对通量和截留的高要求，不仅可以用于常规的死端过滤，而且应用于切向流过滤时也会起到更好的效果。本申请的微滤膜具有强大的适应性，第一表面和第二表面均可以作为进液面，第二表面作为进液面时，分离层作为主要的截留区域，由于小孔层的存在，且通过对小孔层厚度和不对称系数的限定，可以起到二次截留的作用。当采用第一表面作为进液面时，第一表面上的孔径相对第二表面上的孔径较小，但是其孔洞数量以及孔洞占比率明显提高，可以对料液中的大颗粒杂质起到预过滤的作用，防止其进入到微滤膜内部，明显延长小孔层和支撑层的堵塞时间，提高滤膜的使用寿命，尤其是用于切向流过滤的时候，第一表面上的大颗粒杂质会被流动的料液清洗掉，作用效果更为突出。
12、本申请中，不对称系数表示为不同层内的平均孔径的变化梯度，不对称系数a通过下式计算得到：
13、；
14、上式中，d大孔为所选择层内最大孔径区域的平均孔径，d小孔为所选择层内最小孔径区域的平均孔径，l厚度为最大孔径区域到最小孔径区域的距离，a的主要表示单位为nm/(μm)；举例来说，小孔层的不对称系数计算方式为小孔层两侧的平均孔径的差值/小孔层厚度。
15、所述大孔层的平均孔径大于小孔层和支撑层的平均孔径；
16、所述分离层的平均孔径小于小孔层和支撑层的平均孔径；
17、设置有小孔层时第一表面的平均孔径范围0.25-0.65μm。
18、其中，包含小孔层的多孔膜，所述小孔层的厚度和所述分离层的厚度之比为（0.05~0.8）：1。
19、优选地，包含小孔层的各向异性微滤膜，所述小孔层的平均孔径为250~600nm，小孔层厚度范围占多孔主体厚度的2~18%；支撑层的平均孔径为500~1000nm，支撑层厚度范围占多孔主体厚度的20~60%；分离层厚度范围占膜整体厚度的14~30%；大孔层的平均孔径为650~1200nm，大孔层厚度范本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种各向异性微滤膜，其特征在于，包括多孔主体，所述多孔主体一侧为第一表面，另一侧为第二表面；
2.根据权利要求1所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述各向异性微滤膜的第一表面平均孔径为0.2~1.1μm，第二表面平均孔径为0.35~1.8μm。
3.根据权利要求1或2所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述各向异性微滤膜的第一表面孔洞占比率为12%-35%；第二表面孔洞占比率为10%-30%；
4.根据权利要求1或2所述的各向异性微滤膜，其特征在于，在所述支撑层与第一表面之间还包括小孔层，所述小孔层的平均孔径从第一表面到第二表面方向上逐渐增大；
5.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述大孔层的平均孔径大于小孔层和支撑层的平均孔径；
6.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述小孔层的平均孔径为250~600nm，小孔层厚度范围占多孔主体厚度的2~18%；
7.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述小孔层的纤维平均直径为100~500nm，所述小孔层的平均孔径与其纤维
8.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述各向异性微滤膜的总厚度范围在100~180μm，所述各向异性微滤膜的孔隙率为60~80%；
9.一种权利要求1-3任一项所述的各向异性微滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的各向异性微滤膜的制备方法，其特征在于，还包括浸入第二凝固浴的步骤，控制浸入第一凝固浴的时间在5s以内，且第二凝固浴的表面张力小于第一凝固浴的表面张力，得到包括小孔层的微滤膜；
11.根据权利要求9或10所述的各向异性微滤膜的制备方法，其特征在于，所述铸膜液在25℃下的粘度3000~13000mPa.s；
12.一种权利要求1-8任一项所述的各向异性微滤膜或权利要求9-11任一项所述的制备方法制备得到的各向异性微滤膜在液体流去除不溶性颗粒或微生物杂质中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种各向异性微滤膜，其特征在于，包括多孔主体，所述多孔主体一侧为第一表面，另一侧为第二表面；
2.根据权利要求1所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述各向异性微滤膜的第一表面平均孔径为0.2~1.1μm，第二表面平均孔径为0.35~1.8μm。
3.根据权利要求1或2所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述各向异性微滤膜的第一表面孔洞占比率为12%-35%；第二表面孔洞占比率为10%-30%；
4.根据权利要求1或2所述的各向异性微滤膜，其特征在于，在所述支撑层与第一表面之间还包括小孔层，所述小孔层的平均孔径从第一表面到第二表面方向上逐渐增大；
5.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述大孔层的平均孔径大于小孔层和支撑层的平均孔径；
6.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其特征在于，所述小孔层的平均孔径为250~600nm，小孔层厚度范围占多孔主体厚度的2~18%；
7.根据权利要求4所述的各向异性微滤膜，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：马团锋，陈天涯，
申请(专利权)人：赛普杭州过滤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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