[发明专利]一种水凝胶改性的抗蛋白质污染超滤膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种水凝胶改性的抗蛋白质污染分离膜及其制备方法。本发明以侧链含有多酰胺基团的烯类物质(CH₂＝CH(CONH₂)_n，1＜n＜5)为单体，以硫酸亚铁铵为阻聚剂，以水和甲醇为溶剂，通过紫外辐射接枝，在PVDF超滤膜表面获得一种具有亲水性的凝胶层。改性后膜表面初始接触角从初始的120°降到55°左右，并且可在10‑12s之内达到0°，水通量恢复率达90％‑99％。本发明制备的分离膜表面具有优异的抗蛋白污染能力，且生物相容性较好，与传统的将水凝胶涂覆在膜表面的方法相比，接枝在膜表面上的凝胶层稳定性更加优异，制备方法简单，无需添加化学交联剂，性能稳定，易清洗。

技术领域

本发明属于高分子分离膜领域，关于一种水凝胶改性的抗蛋白质污染超滤膜及其制备方法。

背景技术

与传统的分离方法相比，膜分离技术具有高效率、低能耗、无相变等优点。其中聚偏氟乙烯(PVDF)膜具有较好的机械性能，耐化学腐蚀，以及较好的热稳定性，所以其在膜工业中具有较大的吸引力并且在液体分离方面具有广泛的应用。但是由于PVDF膜表面氟原子的存在，表面呈现较大的疏水性能，从而导致其极易对蛋白质进行吸附。当PVDF膜应用于生物制品分离时，蛋白质容易在膜表面发生吸附，导致膜渗透通量衰减。这样就要经常更换新膜或者对膜表面进行清洗，从而增加了分离成本。因此，如何设计制备抗污染膜材料提高膜的抗蛋白污染能力、并且低能耗高效处理污水，已成为当今膜技术及应用领域的重要研究课题。

围绕如何提高PVDF膜表面的抗蛋白质污染能力，国内外学者已经进行了大量的研究，并且探索出了三种普遍认同的抗蛋白质污染机理，包括空间位阻理论，表面电荷理论以及水化层理论，目前主要是通过增加膜表面的亲水性来增加膜表面的抗蛋白污染能力。一般来说，膜表面亲水性越好，其抗蛋白质污染的能力越强。亲水性大部分是通过接触角的测试来表征，接触角越小表明亲水性越好。与此同时，通量恢复率也是表征膜表面抗蛋白质污染能力的一个主要指标。通量恢复率是从纯水与蛋白质溶液的通量循环测试中得到，通量恢复率越高表明膜的抗蛋白质污染能力越强。

目前用于亲水改性的基团主要包括羧基，羟基，磺酸基等。其中酰胺基团具有较突出的亲水性，很多学者已经对酰胺基团改性膜进行了大量研究。柳丽芬等在发明专利(中国专利，专利号：CN2012100851640)中公开了一种通过多巴胺的自聚合在二氧化钛纳米粒子表面形成活性的聚多巴胺复合层，然后利用这种纳米粒子与PVDF共混的技术，共混膜的抗污染性能得到了很大提升。杨璇璇等(辐射研究与辐射工艺学报，29，4：209-213)将丙烯酰胺接枝到PVDF粉末上，然后刮膜，其通量恢复率从51％增加到80％，抗蛋白质污染性能得到了很大提升。Huyan Shi等(Journal of Membrane Science，2016，496：39-47)通过在PVDF中空纤维膜表面涂覆聚乙烯亚胺，其接触角从80°降到10°，通量恢复率达到94％，这说明其亲水性和抵抗蛋白质吸附能力得到了很大提升。Xushan Wang等(Applied SurfaceScience，2017，496：546-556)在膜表面接枝聚乙烯亚胺，并且通过与缩水甘油反应对其羟基化。表面接触角从137°降到38°，通量恢复率从40％增加到80％。Guili Zhao等(Reactiveand Functional Polymers，2015，97：19-29)将聚异丙烯酰胺接枝到膜表面，接触角从106°降到50°，通量恢复率达到91.59％。