[发明专利]一种具有pH敏感聚醚砜中空纤维智能膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有pH敏感性的聚醚砜中空纤维膜及其制备方法和用途，属特种功能高分子材料领域。

背景技术

聚醚砜(Polyethersulfone，简称PES)是英国ICI公司于1972年首先开发成功并商品化的一种特种工程塑料，其牌号为“Victrex PES”。PES特种工程塑料，由于其玻璃化温度高，物化稳定性好，是一种优异的工程用特种高分子材料，但制作成具有pH敏感性的智能中空纤维膜，并应用于氨基酸的分离，国内外至今尚无研究报道和产品问世。

氨基酸的分离纯化方法主要有：沉淀法、离子交换法、萃取法和膜分离法等几种。膜分离法近年来得到广泛关注。膜过滤法实现混合溶液的分离是因为在膜和溶液的界面处存在以下机理：由于亲水性等原因所引起的选择性透过；分子体积大小的筛分效应；带电分子与荷电膜之间的电荷效应(Donnan效应)。具有高选择性的纳滤膜分离技术对分离分子量相近，性质相似，电性不同的氨基有一定的优势，但是在分离过程中由于浓差极化现象及氨基酸与膜的疏水或静电吸附作用，膜在使用一段时间后常出现传质阻力升高，膜通量下降，截留率、操作压力升高等现象。

在膜分离过程中，主要使用的有平板膜和中空纤维膜。由于中空纤维膜具有有效面积大，膜组件体积小，分离效率高，容易实现工业化的优点，具有更广阔的应用前景。然而简单利用中空纤维膜，还主要是对氨基酸的浓缩，对氨基酸的有效分离还比较困难，原因是(1)氨基酸分子量小，常规的超滤膜无法实现，只能使用纳滤膜，然而纳滤膜所使用的压力随比反渗透小，但能耗也比较大；(2)氨基酸分子量差异小，利用简单的筛分也难实现。

本发明的思路是利用具有pH敏感中空纤维超滤膜，改变溶液的pH值，达到有效和选择性分离氨基酸的目的。借鉴pH值敏感水凝胶的原理，将具有pH值敏感的基团引入到中空纤维膜，pH值变化时，敏感基团的溶胀率发生变化，使中空纤维膜壁微孔大小发生变化，对氨基酸的截留发生变化，达到选择和有效分离；另外，氨基酸有不同的电性和酸碱性，在不同的pH值，其溶解度有差异，所带电荷不同，与膜的相互作用也不同，也会使膜对这些不同氨基酸的筛分有差异，从而实现选择性分离。因此，本发明的pH敏感聚醚砜中空纤维智能膜，其pH值敏感来源于聚丙烯酸。由于聚丙烯酸无法与聚醚砜共混，且是水溶性的，故先合成丙烯酸与丙烯腈的共聚物，然后与聚醚砜共混制备具有pH值敏感的中空纤维膜。丙烯酸与丙烯腈的共聚物的研究国内外很多，但应用于制备pH敏感聚醚砜中空纤维智能膜，以及应用于选择性分离氨基酸均未见报道。

国内有pH值敏感的聚偏氟乙烯中空纤维智能膜的专利(专利号：200410019993)，它由丙烯酸在聚偏氟乙烯膜表面上化学接枝共聚所得，包括了纯水润膜、碱处理膜、制造复合膜和化学交联等多个步骤。杨虎等人采用自由基聚合反应制备了丙烯酸接枝改性的聚醚砜中空纤维渗透汽化膜(功能高分子学报，2005，第18卷01期)。冯翠平等人用紫外光接枝聚合方法将丙烯酸(AA)接枝到磺化聚醚砜(SPES)微孔膜上，得到具有pH敏感性的分离膜(华东理工大学学报(自然科学版)，2008年，第34卷02期)。这些方法均是采用化学接枝得到pH敏感膜，制备方法和工艺复杂，难以实现工业化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种简单实用的制备具有pH敏感性的聚醚砜中空纤维智能膜及其制备方法和用途。其特点是将合成丙烯腈-丙烯酸共聚物配制成溶液，然后与聚醚砜溶液共混配制纺丝原液，采用干喷-湿法纺丝技术纺制成中空纤维膜。它具有制备简便，容易操作，智能型，能有效分离氨基酸的特点。

本发明的目的由以下技术方案实现：其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

具有pH敏感聚醚砜中空纤维智能膜的原料配方组分为：

聚醚砜                            10～28份

丙烯腈-丙烯酸共聚物溶液           0.2～0.6份

溶剂                              70～85份

添加剂                            1.5～6份

其中聚醚砜分子量为20000～60000。

溶剂为N-甲基-吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺，或二甲基亚砜中的任一种。

添加剂为聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮或丙二醇中的任一种。

具有pH敏感聚醚砜中空纤维智能膜的制备方法：

1.丙烯腈-丙烯酸共聚物的合成