[发明专利]超滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及分离膜领域，公开了一种超滤膜、该超滤膜的制备方法以及该超滤膜在水处理过程中的应用。该超滤膜包括依次层叠的支撑层、分离层和耐污染层，其中，分离层由具有羧基的聚醚砜形成，耐污染层由聚乙二醇形成。本发明提供的超滤膜，通过在具有羧基的聚醚砜形成的分离层上形成有聚乙二醇形成的耐污染层，提高了膜的透水性及抗污染能力，并且采用含羧基基团的聚醚砜形成分离层，通过分离层中的羧基基团与聚乙二醇分子中氧原子之间的相互作用，将聚乙二醇固定在超滤膜表面，从而更进一步提高了超滤膜的亲水性，增强了膜的耐污染性。

技术领域

本发明涉及分离膜领域，具体涉及一种超滤膜、该超滤膜的制备方法以及该超滤膜在水处理过程中的应用。

背景技术

超滤是在静压差推动力作用下进行的液相筛孔分离过程，是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程。因其具有无相变、操作条件温和、无第三组分引入、工艺流程简单等优点，广泛地应用于工业生产及日常生活中，例如，可以代替传统的分离技术，如精馏、蒸发、萃取、结晶等工艺过程。但在应用过程中不可避免地受到膜污染的制约，而造成膜污染的一个重要原因就是膜材料。大部分超滤膜由疏水性高分子材料制成，膜的疏水性容易引起严重的膜污染；虽然一些亲水性膜材料具有良好的抗污染特性，但由于分离性及耐受性较差，并没有得到广泛应用。目前，解决超滤膜污染问题的注意力主要集中在开发低污染超滤膜上，包括开发新型高分子材料；对现有膜材料进行化学改性；对现有超滤膜进行表面改性。前二者的制膜成本较高，并在大规模应用上存在困难，而对现有膜进行表面改性则成为解决高分子超滤膜膜污染的有效途径。

常用的膜材料聚醚砜具有较好的耐热性和加工性能，可在180-200℃下长期使用；耐老化性能优异，在180℃下的使用寿命可达20年；高温下抗蠕变性能极好；制品透明，尺寸稳定，耐燃性好，即使燃烧也不发烟；耐化学药品性、稳定性良好。但是其疏水性强，在超滤过程中易被污染，导致通量下降。为了提高聚醚砜超滤膜的耐污染性，研究者们通过各种物理或者化学改性方法来提高聚醚砜超滤膜的亲水性。例如，Kim等人将聚醚砜磺化制得磺化聚醚砜，再经过相转化制得亲水性超滤膜(Journal of Application Polymer Science,1999,74,2046-2055)；李先锋等人将纳米二氧化硅添加到聚醚砜铸膜液中，经过相转化制得纳米粒子亲水改性的超滤膜(水处理技术，2004,30:320-322)；Michelle等人利用等离子体对聚醚砜超滤膜表面进行处理，处理后的膜亲水性提高，耐污染性增强。但这些改性所获的超滤膜均受亲水基团密度的限制，使得超滤膜耐污染性能的提高幅度有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有聚醚砜超滤膜亲水性和耐污染性能较差的缺陷，而提供一种具有优异亲水性和耐污染性的超滤膜及其制备方法以及该超滤膜在水处理过程的应用。

本发明的发明人经过深入研究发现，通过在具有羧基的聚醚砜形成的分离层上形成有由聚乙二醇形成的耐污染层，能够提高膜的透水性并增强其抗污染能力，并且，采用具有羧基的聚醚砜形成分离层，通过分离层中羧基基团与聚乙二醇分子中氧原子之间的相互作用，将聚乙二醇固定在超滤膜表面，进一步地提高了超滤膜的亲水性，从而进一步增强了膜的耐污染性。

由此，本发明一方面提供了一种超滤膜，该超滤膜包括依次层叠的支撑层、分离层和耐污染层，其中，所述分离层由具有羧基的聚醚砜形成，所述耐污染层由聚乙二醇形成。

本发明还提供了一种超滤膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)在支撑层上采用具有羧基的聚醚砜形成分离层，得到复合膜；

2)在步骤1)形成的分离层上采用聚乙二醇形成耐污染层。

本发明还提供了由上述方法制备得到的超滤膜。

此外，本发明还提供了所述超滤膜在水处理过程中的应用。