[发明专利]具有金属涂层的微孔膜

说明书

技术领域

本发明涉及微孔膜，更特别地，本发明涉及用于除去病毒的膜。

背景技术

水通常包含三种类型的杂质。首先是悬浮的或颗粒状物质，其次是溶解的化学物质，接着是微生物。细菌、病毒和囊孢(cyst)是水中最常见的微生物污染且造成每年数百万起死亡。从水源成功消除细菌、病毒和囊孢的水净化工艺可能是昂贵的。净化方法包括使用化学品和辐射。期望的是找到有效、低成本的技术以消除这种类型的污染。

微孔膜通过尺寸排阻法从水中除去细菌。微孔膜即使在高流速下也除去细菌和囊孢。然而，微孔膜不能够通过尺寸排阻法除去病毒。小于微孔膜孔径的病毒容易通过膜的孔隙。这些膜即使在不存在外加压力或电力的情况下也可以使用，并且还可以在重力类型的过滤装置中使用。因此期望的是微孔膜可用于除细菌之外还除去病毒。

铜早已确定具有抗病毒性质。铜已被用于通过将待净化的水与含铜表面长时间接触而杀灭病毒。然而，当需要水的高流速和高水通量时，如在现场净化装置中，铜杀灭病毒的使用仍是未知的。

可以通过已知方法对非金属表面如微孔膜提供金属例如铜的沉积。常规地使用电镀、真空蒸发和溅射方法以简单地将金属附着至非金属表面。在通过这些方法形成的金属化表面中，所述表面与金属层之间的结合强度较弱，金属层容易从表面剥离。

在US5510195A(Sano等，1996)中公开了该问题的一个解决方案，其涉及具有化学键合到多孔树脂的金属层的多孔树脂膜。树脂用高浓度碱溶液或者铬酸和硫酸的高浓度溶液、硫酸和硝酸的高浓度溶液或氟化氢铵的溶液和硝酸型树脂(nitric type of resin)进行蚀刻以将金属化学键合至树脂。

WO2013/113068 A1(Nano-Nouvelle Pty.Ltd.)公开了用于将含金属材料沉积到多孔基质上的方法。在多孔基质上沉积薄的均匀金属涂层的方法包括将含有至少金属和氧的化合物的涂层提供到多孔基质上，然后形成基本上不含贵金属的种子涂层，和然后将含金属材料施加到种子层。

EP0891712 A1(Biopolymerix,Inc.1999)公开了过滤器，其包括其上固定有抗微生物剂的基质，其在保持水溶液的高流速的同时防止细菌生长。它进一步公开了将银化学镀到聚醚砜膜上的方法，且包括使用酸性氯化锡溶液，然后用酒石酸钠溶液处理以在膜上提供银涂层的步骤。

本发明人已经发现蚀刻步骤改变膜特性，并且极大地影响膜的孔径分布。因此，期望提供制备具有良好附着的金属沉积物的微孔膜而不需要蚀刻步骤的方法以及在不改变膜的孔径分布的情况下仍提供良好附着的金属沉积的微孔膜。

因此，本发明的一个目标是提供具有改进的过滤特性的微孔膜。

本发明的另一个目标是在多孔基质上提供均匀且良好附着的金属层。

本发明的又一个目标是提供具有铜层而不影响膜的孔隙率的微孔膜。

本发明的又一个目标是提供在低压降下提供高通量和高流速的微孔膜。

本发明人已惊奇地发现，当聚合物多孔基质的表面具有金属银涂层和覆盖银涂层的金属铜涂层时，可以在没有蚀刻步骤的情况下在多孔基质上提供均匀且良好附着的金属铜。进一步发现所公开的微孔膜的过滤特性保持不变。进一步发现，当本发明的微孔膜用于水过滤时，浸出(leaching)到水中的铜是在可接受的限度内。

发明内容

根据第一方面，公开了微孔膜，其具有聚合物基质，所述基质载有附着至所述基质的表面的包含金属银的涂层和覆盖所述金属银的金属铜涂层。

根据第二方面，公开了用于制备根据本发明第一方面的微孔膜的方法，其包括以下步骤：

(i)将多孔聚合物基质与酸性锡基化合物的水溶液接触以敏化基质表面；

(ii)用银盐的碱性溶液处理敏化基质以提供附着至所述基质的表面的包含金属银的涂层；

(iii)用去离子水冲洗载有包含金属银的涂层的所述基质；

(iv)从水性化学镀浴沉积金属铜以覆盖所述包含金属银的涂层。

根据本发明的第三方面，公开了可通过第二方面的方法获得的第一方面的膜。

根据本发明的第四方面，公开了具有第一或第三方面的膜的净水装置。

根据本发明的另一个方面，公开了第一或第三方面的膜用于从待净化的水中除去至少log 2的细菌、病毒或囊孢，优选从待净化的水中除去至少log 4的病毒的用途。

根据本发明的另一个方面，公开了第一或第三方面的膜用于以100至1000mL/分钟的流速输送净化水的用途。