[发明专利]负载金属离子的埃洛石纳米管/聚醚砜杂化抗菌膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，特别涉及一种负载金属离子的埃洛石纳米管/聚醚砜杂化抗菌膜及其制备方法。

背景技术

目前人类正遭到以细菌为代表的有害微生物越来越猛烈的攻击，并造成了严重的后果，因此，具有抑菌性能的产品越来越受到人们的青睐，人们也研制出了一系列的抗菌剂。

抗菌剂按材料的不同可分为有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂三大类。无机抗菌剂由于稳定性、持久性、安全性好，抗菌谱广、不易产生耐药性和适于高温加工等优点得到越来越广泛的应用。

无机抗菌剂主要通过物理吸附将银、铜、锌等金属离子吸附在如沸石、硅胶等多孔材料的表面，或是通过离子交换使金属离子交换到其他具有较大的阳离子交换能力的天然矿物材料中而制成抗菌剂，然后将抗菌剂加入到制品中即可获得具有抗菌性能的材料。银的强杀菌能力以及铜的低廉价格，使得铜和银的应用最为广泛。

膜分离技术为新型分离技术，但膜污染是制约膜分离技术发展的重要因素。膜的污染大致可以分为水中难溶盐在膜表面结垢产生的沉淀污染、有机物和胶体在膜表面吸附产生的吸附污染、由微生物产生的生物污染。近年来,利用抗菌剂制备出具有抗菌性的分离膜，防止膜的生物污染也越来越受到重视。从文献报道可以将抗菌膜的研究分为以下几类：

①壳聚糖的应用

壳聚糖是具有天然抗菌性能的制膜材料，具有高效、广谱、安全抗菌等优良性能。例如，International Journal of Food Microbiology (2005, 97:237-245)认为壳聚糖对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有明显的抑制效果。贵州工业大学学报(自然科学版, 2005, 34:52-55)报道了用不同方法处理后壳聚糖的抗菌性能，实验证明酸性条件下壳聚糖分子中的NH₃⁺能与带负电荷的细胞壁发生静电吸附作用，有利于壳聚糖分子与微生物相结合，从而增强其抗菌性能, 对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、酵母和霉菌等典型菌种的抑制效果明显。

②纳米TiO₂的应用

目前，纳米TiO₂在膜的亲水改性中的应用较多，涉及抗菌性的还很少。例如，Applied Surface Science (2005, 249:76-84) 将聚醚砜膜清洗干净后浸在纳米TiO₂溶液中进行改性；Applied Surface Science (2008, 254:7080-7086)把经γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的亲水性纳米TiO₂粒子引入聚醚砜膜；结果表明，随着纳米粒子加入，膜的机械强度、亲水性都明显改善。膜科学与技术(2008, 28(6):23-29) 选用了聚醚酮、酚酞聚醚砜、聚醚砜等三种不同的高分子材料，并利用浸没沉淀相转化法制备了一系列不同纳米TiO₂含量的复合膜，实验表明由于TiO₂的加入不同程度地改善了膜的亲水性能，通过在牛血清白蛋白溶液中的测试证明，复合TiO₂后通量衰减较小。

③ 铜、银的应用

功能高分子学报(2008, 21:218-222)以聚醚砜为基膜，利用层层自组装技术制备银/聚电解质复合纳滤膜，结果表明，银离子均匀的分布在复合膜的表面，粒径在100 nm左右，该膜具有良好的抗菌性能，对细菌含量较少的纯净水的抑菌率可达到100%。Journal of Membrane Science (2009, 336:109-117)用Ag-TiO₂、HAP、Al₂O₃混合制备出了陶瓷复合膜，通过表征对地下水和饮用水的抗菌具有一定的效果。Journal of Membrane Science (2010, 346:121-130)以壳聚糖/醋酸纤维素为膜材料，采用壳聚糖季铵化、引入肝素进行改性制膜，并将膜浸入AgNO₃溶液中载入Ag。实验结果表明膜对大肠杆菌有良好的抑菌效果。

综上所述，就抗菌膜而言，目前研究还处于探索阶段。主要的方法是利用壳聚糖的抗菌性，或者在膜中引入Ag、TiO₂等抗菌剂。铜虽然是常用的抗菌剂，但在有机分离膜中的应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载金属离子的埃洛石纳米管/聚醚砜杂化抗菌膜，其在不降低超滤膜水通量和截留率的情况下，膜的抗菌性和抗污染能力获得提高。

本发明采用的技术方案如下：