[发明专利]一种具有亲水性和抗菌性的超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超滤膜及其制备方法，尤其涉及一种具有亲水性和抗菌性的超滤膜及其制备方法。

背景技术

与传统分离方法相比，膜分离具有分离效率高、能耗低和操作简单等优点，是21世纪最有发展前途的高新技术之一。超滤目前已被广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金和能源等领域，并取得了显著的社会、经济和环境效益，成为应用领域最为广泛的膜分离技术。然而，由于膜材料的限制，膜污染仍然是限制膜技术发展的瓶颈。

膜污染包括可逆污染和不可逆污染，可逆污染可由简单的反冲洗去除，而不可逆污染必须通过化学清洗才能去除。在膜的运行中，生物污染是最严重的问题，由于微生物自身的繁殖性能，即使料液中有一个存活的微生物细胞，其在适宜的营养环境和稳定条件下也可以在膜表面形成生物膜。因此，降低膜污染，特别是提高超滤膜的抗生物污染性能是十分必要的。

近年来，抗污染超滤膜的研制引起广泛的关注，纳米银抗菌剂也被用于抗污染超滤膜的制备中。Yu [Yu DG, Teng MY, Chou WL, Yang MC. Characterization and inhibitory effect of antibacterial PAN-based hollow fiber loaded with silver nitrate. Journal of Membrane Science, 2003,225(1): 115-123.]较早地报道了将硝酸银应用在聚丙烯腈（PAN）中空纤维膜中。所制得的中空纤维膜对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）表现出很好的抗菌性能。Zhu[Zhu XY, Bai RB, Wee KH, Liu CK, Tang SL. Membrane surfaces immobilized with ionic or reduced silver and their anti-biofouling performances. Journal of Membrane Science, 2010,363(1-2): 278-286.]等先将银离子固定在壳聚糖超滤膜表面，然后再将其还原为金属银研究发现，负载银之后的膜要比基膜具有更好的抗菌性能。纳米银可以提高膜表面的亲水性，能有效的提高PES 超滤膜的抗蛋白污染的能力，同时使膜具有良好的抗菌和抗生物膜生长的性能。专利200610053850.3将载有银离子的分子筛加入到中空纤维膜中，制备出抗菌膜。专利201110009045.1制备出载有金属离子的埃洛石纳米管，并将其作为抗菌剂制备出杂化抗菌膜。

由于纳米银在高分子铸模液中分散性差，易团聚，并且在膜制备和膜运行过程中存在银粒子损失的问题，随着运行时间的延长，膜的抗污染性能随之降低。因此，寻找合适的纳米粒子稳定剂或通过其他的方法将纳米银更稳定的固定在膜表面成为解决该问题的途径。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的一个目的是提供一种具有亲水性和抗菌性的超滤膜，该超滤膜具有优良的抗蛋白吸附和抗菌能力。本发明的另外一个目的是提供上述的超滤膜的制备方法。该方法纳米银在膜中分散性良好，并且在膜制备过程中的凝胶和浸泡阶段，银离子的损失很小，成膜工艺简单，运行成本低，很容易实现工业化生产。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种具有亲水性和抗菌性超滤膜，该超滤膜由成膜聚合物和致孔剂溶于有机溶剂，加入抗菌剂，配制成铸膜液，将其平铺于无纺布上，由相转化法成膜后于湿态下保存制得；所述铸模液中各组分及质量百分比为：

聚合物：14%-22%；

致孔剂：4%-8%；

抗菌剂：0.5%-4%；

有机溶剂：66%-81.5%；

所述的抗菌剂为二氧化硅负载纳米银颗粒（简称Ag-SiO2抗菌剂），其中纳米二氧化硅颗粒平均粒径为100-200 nm，并且复合抗菌剂中银以纳米形式存在，其平均粒径为10-30 nm，所述的银与纳米二氧化硅颗粒的质量比为1:2~1:10。

作为优选，所述的聚合物选自聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈中的一种或多种。

作为再优选，所述的聚合物浓度为15%-20%。

作为优选，所述的致孔剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和无水氯化锂中的一种或多种。

作为再优选，所述的聚乙二醇为PEG-400、PEG-600或PEG-1000。