一种抗污染亲水性分离膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种亲水抗污染分离膜的制备方法，该方法将邻苯二酚衍生物用作分离膜材料和亲水材料之间的促进剂和固化剂，在制备分离膜的共混铸膜液时，将邻苯二酚衍生物添加到分离膜材料和亲水材料的共混液中，并在制膜的相转化过程中，将邻苯二酚衍生物聚合交联，从而起到固定亲水材料的作用。这种制备亲水抗污染分离膜的方法普适性强，适合多种亲水材料和多种膜材料的共混。并且此方法简单易操作，条件温和，经济高效，绿色环保并易于工业化。并适用于制备亲水多功能的微滤膜，超滤膜，纳滤膜，反渗透膜，正渗透膜，压力延迟渗透膜，渗透汽化膜等，用作液体、气体分离，以及膜反应器。?

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种亲水抗污染分离膜的制备方法，该方法将邻苯二酚衍生物用作分离膜材料和亲水材料之间的促进剂和固化剂，在制备分离膜的共混铸膜液时，将邻苯二酚衍生物添加到分离膜材料和亲水材料的共混液中，并在制膜的相转化过程中，将邻苯二酚衍生物聚合交联，从而起到固定亲水材料的作用。这种制备亲水抗污染分离膜的方法普适性强，适合多种亲水材料和多种膜材料的共混。并且此方法简单易操作，条件温和，经济高效，绿色环保并易于工业化。并适用于制备亲水多功能的微滤膜，超滤膜，纳滤膜，反渗透膜，正渗透膜，压力延迟渗透膜，渗透汽化膜等，用作液体、气体分离，以及膜反应器。【专利说明】一种抗污染亲水性分离膜的制备方法及应用
本专利技术涉及分离膜
，尤其是一种抗污染聚合物分离膜的制备方法。该方法制得的分离膜增大了膜的水通量，提高了膜的抗污染性，并改善了膜的生物相容性。可用来分离纯化液体或气体，透析或滤过血液净化，以及各种大分子如药物和蛋白的纯化分离，催化液体和气体反应，以及用于除去各种无机盐的水净化，废水处理以及海水淡化等。
技术介绍
随着分离膜技术的广泛应用和发展，高聚物作为主要的膜材料，其性能的研究已成为人们关注的热点。有机分离膜是一种高分子有机化学材料，既有分离、浓缩、净化和脱盐的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤等特征。然而有机膜技术目前存在的问题主要是膜的污染及劣化，使得膜使用寿命短和使用成本高。其中改善膜的亲水性，提高膜的抗污染能力已成为有待解决的迫切问题。目前使用的大多数膜的材料是聚丙烯(PP)、聚乙烯，聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚砜、聚醚讽和聚氯乙烯等。由于其自身的强疏水性导致水体中蛋白质、碳水化合物、天然有机物、多聚糖类有机物等污染物易于在膜表面的沉积、吸附、堵塞，从而形成膜污染，使得膜通量随运行时间的延长而下将，特别时当聚合物膜材料用于生物医药领域中(如血液透析或过滤)时，在膜便面吸附的蛋白质加速纤维性和抗生素碎片在膜表面的聚集，导致一系列的生物反应，例如形成血栓及免疫反应。即使当蛋白质对分离膜的影响可以忽略，膜基体材料的亲水性、荷电性及荷电密度等性质对蛋白质的吸附都会产生重要的影响。为了拓展分离膜的应用，通常需要对膜材料进行改性或改变膜表面的物理化学性能，赋予传统分离膜更多功能，增大膜的透水性，提高膜的抗污染性，改善膜的生物相容性。对膜材料的改性的方法有物理改性，化学改性和表面生物改性。目前的改性方法主要有涂覆、吸附、表面接枝共聚、以及本体材料的亲水化化学改性。然而目前改性化学都存在一定缺陷。如涂覆和接枝技术成本高，涂覆和吸附层长期稳定性差，改变了表面孔径的尺寸分布，经常导致孔堵塞和渗透性降低。聚合物共混改性以其操作简便、效果好而受到青睐。由于单一的膜材料很难同时具有良好的亲水性、成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物性侵蚀、耐氧化性和较好的机械强度等优点，因此采用共混不同材料来提高膜的性能，是解决这一问题的关键。高分子材料的共混是指两种以上高分子混合，形成一种新材料，它除了综合原有材料本身性能外，还可克服原有材料中的各自缺陷，并产生原有材料中所没有的优异性能。高分子共混改性膜主要从以下3个方面改善膜的性能:1、改善膜的亲水性能及聚合物的成膜性；2、改善膜的耐污染性；3、提高膜的物化稳定性(提高膜的耐蚀性、耐热性和机械强度)。将亲水性聚合物如PVP、PVA、PEG等与膜高分子材料共同溶解于溶剂中成均质铸膜液，通过相转化法成膜，可显著提高超滤膜表面亲水性，但PVP、PEG等可溶于水，且PVP、PEG、PVA等可作为超滤膜的有效致孔剂，同时此类共混膜未做亲水化添加剂的固定处理，膜在长期的运行过程中可能会随着过滤运行操作逐渐流失，最终导致亲水性不稳定和膜性能的劣化。如何促进不同共混材料的融合和保持亲水材料在膜表面的分布是目前研究的热点和难点。Messersmith 研究小组(Science 2007, 318: 426- 430,美国专利申请20080149566)对多巴胺进行研究发现，在氧气参与条件下，多巴胺(dopamine)能在弱碱性溶液中自发氧化聚合，交联成高聚物。多巴胺的交联机理是其在碱性水溶液中邻苯二酚基团被氧气氧化，生成具有邻苯二醌结构的多巴胺醌化合物，继而与多巴胺发生反歧化反应，生成半醌自由基，然后偶合交联，同时能在多种基体材料表面形成紧密附着的交联复合涂层。研究表明，多巴胺对基体材料表面的附着行为来源于多巴胺的邻苯二酚和氨基官能团，这种结构可和有机、无机表面建立共价和非共价相互作用，从而使聚多巴胺涂层强力附着于任何基体材料表面，其中包括聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯等疏水性很强的材料表面。改性后，材料表面亲水性大幅提高；而且由于聚多巴胺具有大量的可反应基团如邻苯二酚、氨基等活性基团，能够实现材料表面的进一步功能化。如固定聚乙二醇和天然多糖等抗污染材料。Freeman研究小组(Polymer 2010, 51:3472-3485.专利:具有改进的耐粘污性的水净化膜CN102149450 A)将这种方法拓展至分离膜包括PVDF微滤膜、PSF超滤膜和聚酰胺(PA )反渗透膜表面改性，接枝了以氨基封端的亲水PEG长链，减少了膜表面对牛血清蛋白(BSA)分子的吸附，提高了膜表面的抗污染能力。Jiang等(Journal of MembraneScience 2010, 364: 194- 202.)在疏水的PE微孔膜表面涂覆一层聚多巴胺活性层，然后通过活性层中的邻苯二酚官能团接枝肝素分子，制备了表面具有亲水性和抗凝血活性的聚合物微孔膜。然而现有的研究和专利都是通过分离膜的表面改性，将分离膜制备完成后，利用聚多巴胺层进行表面改性，并进一步将小分子或大分子有机材料键合在材料表面。这种改性方法虽然取得了良好的表面亲水性，但往往降低了膜的水通量。这是因为利用聚多巴胺层的形成堵塞了部分膜孔，使得水分子不易透过。
技术实现思路
本专利技术主要解决抗污染分离膜制备及应用过程中，其中共混改性的亲水相易冲刷出来进而脱落的难题，在保持膜的通量不受改性影响的条件下，制备出一种增强性高性能抗污染的聚合物纳米复合膜。本专利技术采用邻苯二酚衍生物做粘合剂，促进聚合物溶液和亲水材料的共混来配制匀质分散的铸膜液，并在成膜过程中将邻苯二酚衍生物在分离膜表面聚合，从而固定亲水材料，使其不易扩散出本体。该方法在配制分离膜的铸膜液过程中，直接将含有邻苯二酚(catechol)衍生物和聚合物溶液以及各种亲水致孔材料均匀共混。随后，调整凝固浴的PH值致弱碱性(pH: 7.5-10)或在凝固浴加入弱氧化剂，促进铸膜液相转化成膜过程中邻苯二酚衍生物交联氧化成邻苯二醌类聚合物，从而交联固化各种亲水材料在聚合物基体中的分散，并改善聚合物膜的膜孔及表面的亲水性。此方法操作简单，条件温和，经济高效，并易于工业化。这是因为邻苯二酚类衍生物的邻苯二酚基团能够与各种材料形成共价和非共价相互作用，促进聚合物和其他亲水材料的粘合，从而匀质分散各种亲水材料并交联固化亲水材料在聚合物基体中的分散。然后通过测试制得的分离膜发现:掺杂膜的通量、亲水性、截留性能、拉伸强度、抗压强度等都有大幅度提高。本专利技术分离膜基体材料内部、分离膜表面、膜孔表面均包含邻苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将各种亲水材料和聚合物进行共混制得亲水抗污染分离膜的制备方法，其特征在于通过将邻苯二酚类衍生物加入到亲水材料和聚合物的铸膜共混溶液中，促进亲水材料和聚合物的粘合，并在相转化成膜过程中，通过氧化邻苯二酚类化合物成聚邻苯二醌类化合物，从而交联固化各种亲水材料在聚合物基体中的分散，主要解决亲水分离膜制备过程，亲水材料分散不均匀和在使用过程中易脱落的难题，同时改善分离膜表面及膜孔表面的亲疏水性，粗糙度，抗污染能力，或增强材料的生物相容性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡云霞，徐卫星，
申请(专利权)人：烟台绿水赋膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：