一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗菌改性聚中空纤维超滤膜的制备方法，该方法先将1,2

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法，属于膜分离技术和材料制备交叉领域。

技术介绍

[0002]膜法水处理相对于传统水处理技术，具有能耗低、工艺简单、运行稳定和出水水质高等优势，已经在水处理领域得到广泛应用。但是在膜组件长期运行或长期闲置过程中，由于水环境中存在大量的微生物，微生物会在膜表面附着、代谢、增长，从而在膜表面形成难以去除的生物膜，导致膜通量下降，系统运行成本提高。因此，开发具有抗菌功能的膜材料及膜组件成为目前抑制膜生物污染的主要途径之一。
[0003]目前主流的抗菌膜制备方法是在基膜表面接枝抗菌物质，常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、抗菌聚合物、金属离子等，但这些材料普遍存在着接枝方式复杂，且对环境有危害的缺陷。相比而言，季铵盐类抗菌剂具有抗菌效果好，环境友好等特点，目前水溶性的小分子或高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。然而，将季铵化合物直接接枝到膜表面所制备的抗菌膜仍存在制备流程复杂，成本较高等问题，这也使得目前开发的大部分季铵盐功能膜无法大规模应用于实际水处理系统。因此，为解决以上问题，开发新型亲水抗菌功膜的制备方法是目前业内所亟需的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决膜法水处理系统中的膜生物污染的问题，提出一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法，即将氯甲基化聚合物制备为中空纤维多孔膜，并制作为管壳式膜组件，之后采用过滤操作模式直接将叔胺化合物接枝到组件中的中空纤维膜丝上，从而制备出具有优良抗菌性能的季铵化功能膜组件。该制备方法简单便捷，且接枝稳定性高，适合长期大规模应用于实际膜法水处理体系中。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法，具体制备步骤如下：
[0007]1)40～60℃下，按照每1g聚合物对应5～50mL 1,2
‑
二氯乙烷的比例关系，将1,2
‑
二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3～6h，得到溶液1，其中搅拌速率为600～1500rpm；
[0008]2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂，25～65℃下反应0.5～48h得到溶液2；
[0009]所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯砜、聚砜酰胺、芳香聚酰胺；
[0010]所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡；
[0011]所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚；
[0012]所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1：0.1～10：0.5～100；
[0013]3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1～24h，之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤，过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料；
[0014]所述转化液为乙醇；所述溶液2与转化液的体积比为1：2～10；
[0015]4)在20～80℃条件下，将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于有机溶剂中，过滤后在0.05～0.1MPa的真空度下脱泡得到铸膜液；
[0016]所述聚乙二醇选用分子量为200～10000的聚乙二醇；
[0017]所述聚乙烯吡咯烷酮选用K值为25～90的聚乙烯吡咯烷酮，
[0018]所述有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺(DMF)、N，N
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二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中的一种；
[0019]所述铸膜液中各组分的质量百分比如下：氯甲基化聚合材料为13％～22％，制孔剂为4％～10％、聚乙烯吡咯烷酮为4％～10％，余量为有机溶剂；
[0020]5)将步骤4)得到的铸膜液在氮气压力下通过喷丝头挤出至20～60℃的凝固浴中进行相分离，直至固化成膜，用水洗涤后得到圆筒状的中空纤维超滤膜；
[0021]所述凝固浴为去离子水或乙醇；
[0022]6)将步骤5)得到的中空纤维膜置于20～70℃的改性液中浸泡5h以上，得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜；
[0023]所述改性液为质量浓度为1％～20％的N，N
‑
二甲基乙醇胺水溶液。
[0024]为提高中空纤维超滤膜的改性效果，将步骤5)得到的中空纤维膜置于20～70℃的改性液中采用外压错流法或内压错流法进行循环处理，得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜，其中，外压错流法或内压错流法的处理压力为0.1～0.5MPa，循环处理的时间为0.5～10h。
[0025]所述的外压错流法采用改性装置来实现的，该改性装置包括中空纤维膜组件、带加热设备的改性液存储容器、回收桶和循环泵；
[0026]所述中空纤维膜组件包括封装壳体，以及平行固定在所述封装壳体内腔的下封装盘和上封装盘；所述上封装盘和下封装盘上分别设有相互对应安装孔，所述封装壳体的下端侧壁开有进液口，且所述进液口位于所述下封装盘固定位置的上方，所述封装壳体的上端侧壁开有第一出液口，壳体上端开有第二出液口，下端开有第三出液口，所述第一出液口位于上封装盘固定位置的下方；
[0027]所述中空纤维膜组件的进液口通过进液管路与所述改性液存储容器出液口相连，且在该进液管路上设有循环泵；所述中空纤维膜组件的第一出液口通过出液管路与所述改性液存储容器进液口相连，且在所述第一出液口处设置有调节阀门；所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口与所述回收桶通过回收管路相连，所述中空纤维膜组件的进液口处设置有压力表；
[0028]所述下封装盘和所述上封装盘之间通过连接柱支撑固定；
[0029]所述外压错流法的具体步骤为：
[0030]a)将所述步骤5)得到的中空纤维超滤膜的两端分别插接在所述上封装盘和下封装盘的安装孔内，并通过树脂固定；
[0031]b)通过所述带加热设备的改性液存储容器将改性液加热至20～70℃；
[0032]c)保持所述中空纤维膜组件第一出液口处的调节阀门全开状态，通过所述循环泵将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件的内腔；
[0033]d)当所述中空纤维膜组件的第一出液口有液体流出时，调节所述中空纤维膜组件
第一出液口处的调节阀门使压力表的压力达到0.1～0.5MPa，所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口有透过中空纤维膜的改性液流出，未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器内；
[0034]e)保持改性液在所述改性容器循环流动0.5～10h，得到改性后的中空纤维超滤膜。
[0035]有益效果
[0036]1.本专利技术所选取的改性化合物是一种叔胺化合物，成本较低。聚合物进行氯甲基化之后带有氯甲基基团，叔胺化合物通过与氯甲基基团反应生成季铵基团，从而使膜表面具有抗菌性能。相较于直接接枝季铵盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法，其特征是具体制备步骤如下：1)40～60℃下，按照每1g聚合物对应5～50mL 1,2
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二氯乙烷的比例关系，将1,2
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二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3～6h，得到溶液1，其中搅拌速率为600～1500rpm；2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂，25～65℃下反应0.5～48h得到溶液2；所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯砜、聚砜酰胺、芳香聚酰胺；所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡；所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚；所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1：0.1～10：0.5～100；3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1～24h，之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤，过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料；所述转化液为乙醇；所述溶液2与转化液的体积比为1：2～10；4)在20～80℃条件下，将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于有机溶剂中，过滤后在0.05～0.1MPa的真空度下脱泡得到铸膜液；所述聚乙二醇选用分子量为200～10000的聚乙二醇；所述聚乙烯吡咯烷酮选用K值为25～90的聚乙烯吡咯烷酮，所述有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺(DMF)、N，N
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二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1
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甲基
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吡咯烷酮中的一种；所述铸膜液中各组分的质量百分比如下：氯甲基化聚合材料为13％～22％，制孔剂为4％～10％、聚乙烯吡咯烷酮为4％～10％，余量为有机溶剂；5)将步骤4)得到的铸膜液在氮气压力下通过喷丝头挤出至20～60℃的凝固浴中进行相分离，直至固化成膜，用水洗涤后得到圆筒状的中空纤维超滤膜；所述凝固浴为去离子水或乙醇；6)将步骤5)得到的中空纤维超滤膜置于20～70℃的改性液中浸泡5h以上，得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜；所述改性液为质量浓度为1％～20％的N，N
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二甲基乙醇胺水溶液。2.一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法，其特征是具体制备步骤如下：1)40～60℃下，按照每1g聚合物对应5～50mL 1,2
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二氯乙烷的比例关系，将1,2
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二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3～6h，得到溶液1，其中搅拌速率为600～1500rpm；2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂，25～65℃下反应0.5～48h得到溶液2；所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡；所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚；所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1：0.1～10：0.5～100；3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1～24h，之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤，过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料；所述转化液为乙醇；所述溶液2与转化液的体积比为1：2～10；4)在20～80℃条件下，将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡玮玮，赵之平，张敬雨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：