[发明专利]抑菌性聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高分子超滤膜及其制备方法，特别是涉及一种具有抑菌性的聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法。 

背景技术：

水资源匮乏正日益影响全球的经济发展和生态环境，严重制约了一些地区社会、经济的可持续发展和海防的安全，甚至导致国家和地区间的冲突。海水占地球总水量的97％以上，海水淡化作为可持续开发水资源的手段，是解决淡水资源危机的战略选择。目前，海水淡化方法中反渗透淡化方法虽然能耗低，但膜污染问题是困扰其推广应用的主要因素，原因是海水中存在微量的金属氧化物、粒状悬浮物、胶体和微生物等。为了减轻海水中污染物对反渗透海水淡化设备的污染，需要对原料海水进行适当的预处理。海水淡化的新型预处理过程均为膜过程，主要有微滤、超滤和纳滤，可去除海水中的有机物、细菌和藻类等，减轻对反渗透膜的污染压力；但在工程应用中分离膜的污染很严重。因此，研制能够耐受海水中的有机物、微生物和藻类等污染的超滤(微滤)膜，对于解决海水淡化预处理系统的污染、保证海水淡化系统的稳定运行以及其它污染行业水处理中存在的膜污染问题有着重大的现实意义。 

聚醚砜(PES)分子中同时具有苯环的刚性、醚基的柔性及砜基与整个结构单元形成的大共轭体系，所以整个分子具有相当的稳定性，具有良好的化学和水解稳定性，强度高，pH值适用范围为1～13，最高使用温度达120℃，抗氧化性和抗氯性优良，已成为重要的膜材料之一，近年来聚醚砜超滤膜已成功地应用于石油、化工、食品、医药、生物发酵和海水淡化等诸多领域。但由于PES的憎水性，从而导致疏水溶质极易吸附和沉积在膜孔隙表面，使膜孔受阻，造成膜污染，降低膜性能，缩短使用寿命，限制了它的推广应用。因此，必须对其进行亲水性和抑菌性处理，从而使其应用领域得到进一步拓宽。目前，PES膜的亲水、抑菌改性已受到国内外学者广泛的关注。 

近年来，国内外学者对具有抑菌性分离膜的研制越来越重视。Young等在超滤膜表面涂覆上一层亲水性凝胶材料，制成具有抗污染性和杀菌性的双功能凝胶膜；在油水乳化液的水通量测试中表现出良好的抗污染效率。肖玲等以戊二醛为交联剂，在壳聚糖膜上涂敷壳聚糖季铵盐制备了壳聚糖/壳聚糖季铵盐复合膜，所有复合膜的吸水率和抑菌性均较壳聚糖膜有所提高，且随着取代度增大，膜的吸水率和抑菌性增加。Rahul等在PVDF铸膜液中加入不同 量的TiO₂，发现所制备的膜具有自清洁性，抑菌性和光催化特性，可以很快的去除大肠杆菌，有较高的抑菌性能。Hyeok等用溶胶凝胶法合成了TiO₂/Al₂O₃组分膜，这种膜对亚甲蓝和肌酐有较高的分解效率，破坏生物毒素，灭活致病菌，在环保方面有潜在的应用，用于废水的处理和回用。李发永、徐英等在聚砜分子中经磺化引入带负电荷固定离子的亲水基团，合成磺化聚砜(SPS)超滤膜，改善了膜对采出水的透水性能，而且抗污染、耐热、耐菌、耐酸碱性能也有较大程度的提高。鲍亦璐等以聚四氟乙烯(PTFE)为基料，分别添加固体银系抗菌剂AM5、液体复合抗菌剂CAH-2和壳聚糖，制备了系列抗菌聚四氟乙烯双向拉伸薄膜；研究发现添加CAH-2的抗菌剂制备的薄膜抗菌效果均达到100％，具有广谱抗菌性，添加壳聚糖和AM-5的膜的抗菌性明显增强。Hui等人研究了对反渗透膜进行表面改性，将纳米Ag涂覆在膜的表面。与未改性的膜相比，改性后的膜的抗生物污染能力增加。Katherine等将聚砜超滤膜浸渍纳米银处理后可改善抗生物污染和去除病毒的能力。侯鸿斌等利用溶胶—凝胶法制备CTS-SiO₂-Ag+共混膜，采用水合肼作为还原剂，将膜中Ag+还原为单质纳米Ag颗粒并镶嵌在共混膜中，制备出具有良好拉伸强度和抑菌性能的CTS-SiO₂-Ag共混膜。Ning等采用溶胶-凝胶法制备含有羟基磷灰石和Ag-TiO₂的Al₂O₃陶瓷膜，羟基磷灰石作为一种高效细菌吸附剂用于吸附水中的细菌，Ag-TiO2作为光催化层杀死吸附的细菌。邓杰博等采用溶胶—凝胶法制备含TiO₂前驱体成分与聚砜成分混合成铸膜液，再采用浸渍或刮膜的方式，以相转化法制备复合膜。 

由上述可知，目前国内外抑菌性分离膜的研究尚处于实验室探索阶段。已有的文献报道中，主要是利用壳聚糖和纳米无机材料如Ag、TiO₂或其相关产品进行分离膜改性使之具有抑菌性。