[发明专利]亲水型含辣素官能团的抗生物污染超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于抗生物污染超滤膜制备技术领域，具体涉及一种亲水型含辣素官能团的抗生物污染超滤膜及其制备方法。

背景技术

在当今世界能源、水资源短缺，水和环境污染日益严重的情况下，采用膜分离技术净化水源受到于世界各国的高度重视，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。超滤作为目前世界上最先进的膜分离技术之一，具有净化率高、成本低、环境友好等优点，通常作为反渗透等预处理工艺广泛应用于海水/苦咸水淡化、工业用水处理、污水回用等领域。然而，超滤膜易被水源中的微生物、胶体物质和有机物污染，在短期运行过程中就导致膜通量严重降低，化学清洗频率和运行成本增加，甚至膜寿命大幅降低。超滤膜的生物污染问题已经成为目前超滤工艺急需解决的瓶颈之一。目前，国内外减少或防止生物滋生污染的对策主要集中在预处理工艺(絮凝、加氯)和分离膜材料(膜表面电荷、亲水性)两大方面。尽管预处理措施可有效控制分离膜表面的生物滋生污染，但是大部分有机分离膜很难抵抗化学药剂的长期连续使用。因此，依赖膜材料以减少或防止分离膜的生物滋生污染是治本的关键技术。

国内外对抗污染分离膜领域的研究非常重视，从膜表面与污染物相互作用(吸附、位阻、静电等)入手，在膜材料选择与改性(亲疏水性和荷电性等)、膜结构改善(膜面层结构、孔结构等)等方面开展了相关研究工作，其中分离膜材料表面改性(主要包括表面涂敷和表面接枝等技术)能够改变膜表面物理化学性质，赋予传统分离膜更多功能，增大膜的分离性能，提高膜的抗污染性等，成为此领域的研究热点。但值得注意的是，上述表面改性技术存在两个局限性：(1)所得膜厚度较大，并且需要等离子体、辐射或者光引发，在一定程度上破坏原有膜表面结构，从而影响膜性能。(2)大多数研究集中于通过改变膜表面或膜材料的亲水性和荷电性减少或者防止污染物在膜表面吸附的膜污染现象，然而对于极易发生的微生物污染现象，仅靠改变膜亲水性和荷电性是远远不够的。

因此，从铸膜液本体出发，开发新型分离膜材料，研制新型抗污染分离膜，使其既具有良好的亲水性和分离性能、又具有防止膜生物滋生污染的有效基团，在水处理领域具有重要的理论意义和实际应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种亲水型含辣素官能团的抗生物污染超滤膜及其制备方法，能够解决目前广泛存在的超滤膜表面生物污染严重、膜分离性能降低等问题，可改善膜表面污染状况，并延长膜寿命。

本发明的超滤膜的制备方法，其特征在于是将含辣素官能团的聚合物与亲水剂和铸膜液混合后，通过浸没相转化法得到的。

本发明的污染超滤膜的具体制备方法具体如下：首先制备含辣素官能团的聚合物，然后将含辣素官能团的聚合物、亲水剂、聚乙二醇、水、铸膜液主材质加入到N，N-二甲基乙酰胺中制备成铸膜液；其中含辣素官能团的聚合物、亲水剂、聚乙二醇、水、铸膜液主材质的质量浓度分别为0.2％～1.0％、0.5％～5.0％、7.0～8.0％、0.04％、18％。真空脱泡后，在室温下将铸膜液在固定于玻璃板上的无纺布支撑层上流延成膜；在空气中干燥0～20s后，浸入去离子水中；最后用去离子水漂洗，制得超滤膜。

所述的含辣素官能团的聚合物的制备方法，是将含辣素官能团的丙烯酰胺单体，与乙烯基不饱和单体在自由基引发剂作用下聚合得到的。

其中含辣素官能团的丙烯酰胺单体占总单体质量的10～50％。

所述的含辣素官能团的丙烯酰胺单体为N-(4-羟基-3-甲氧基-苄基)丙烯酰胺、N-(4-羟基-3-氟-苄基)丙烯酰胺、N-(4-羟基-3-氯-苄基)丙烯酰胺、N-(4-羟基-3-溴-苄基)丙烯酰胺、N-(4-羟基-3-甲硫基-苄基)丙烯酰胺、N-(3，4-二乙氧基苯基)-丙烯酰胺、N-(3，4-二甲氧基苯基)-丙烯酰胺、N-(4-巯基-3-氯-苄基)-丙烯酰胺、N-(4-巯基-3-乙硫基-苄基)-丙烯酰胺中的一种或几种。

所述的乙烯基不饱和单体为甲基丙烯甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸异丁酯的任一种或几种。

所述的自由基引发剂为偶氮二异丁腈或过氧苯甲酰；所述的聚合反应温度为50～90℃，反应10～24h。

所述的亲水剂为聚丙烯酸或聚氧化乙烯。

所述的铸膜液主材质可以为聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚丙烯腈的任一种。