[发明专利]基于迈克尔加成反应的抗菌抗污染微孔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于迈克尔加成反应的抗菌抗污染微孔膜及其制备方法。所述抗菌抗污染微孔膜由抗菌抗污染分离层和支撑层组成，抗菌抗污染分离层含有抗菌组分和抗污染组分，抗菌组分与抗污染组分通过共价键相连，支撑层由膜基体材料和含叔胺两亲共聚物构成。本发明还进一步公开了所述抗菌抗污染微孔膜的制备方法通过调节季铵化时间与温度，以及抗污染分子的分子量和迈克尔加成反应时间与温度的条件，很容易实现微孔膜表面抗菌组分和抗污染组分的调节。该微孔膜将可应用于污水处理、自来水净化、食品工业、海水淡化前处理、生物医用等领域。

技术领域

本发明属于水处理和膜分离科学与技术领域，特别涉及一种基于迈克尔加成反应的抗菌抗污染微孔膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术具有分离效率高、占地面积小、能耗低、操作简便等优点，成为目前分离科学中最重要的手段之一。但是膜污染问题一直困扰着聚合物膜分离技术的更深远发展。通常聚合物膜表面疏水性较强，很容易吸附蛋白质等有机大分子导致有机污染。除此之外，细菌粘附快速生长繁殖，造成生物污染会膜通量衰减，分离能耗升高，分离效果变差。通过提高膜表面的亲水性，使得最初蛋白质或者细菌在膜表面的粘附减小，可以提升抗污性性能，但如果粘附的少量细菌存活，就会生长繁殖造成生物污染。通过提高膜表面的杀菌效果，使得粘附的细菌被杀死，残留死菌和其他有机物依然会粘附表面导致有机污染。因此单纯的抗菌或抗污染表面都不能长效抗污染，制备同时具有抗菌抗污染表面的膜有重要意义

目前有一些关于聚合物分离膜抗菌抗污染改性的相关报道。例如，发明专利CN104524986A将基膜浸泡在多巴胺溶液中，利用多巴胺的自聚在基膜表面形成一层聚多巴胺层，然后与聚乙烯亚胺水溶液进行反应，最后经过阳离子化反应，得到亲水抗菌膜。发明专利CN106669439A用阿魏酸对天然木质素进行接枝处理，和交联剂一起涂覆在聚砜膜表面作为抗污染层，再将间苯二胺、均苯三甲酰氯溶液先后涂覆发生反应，得到抗生物污染的反渗透膜。发明专利CN104190274A以聚偏氟乙烯、银离子及两性离子单体为主要原料制得银纳米颗粒两性离子聚合物刷，接枝于聚偏氟乙烯膜表面，达到抗菌抗污染的效果。发明专利CN107670506A将相转化得到的PVDF微孔膜浸没在载银壳聚糖成膜溶液中，进行表面涂覆，干燥之后制备得到亲水性抗菌耐污染的PVDF微孔膜。发明专利CN 108927018 A将聚砜基膜一次浸泡间苯二胺溶液、均苯三甲酰氯溶液、聚乙烯亚胺溶液和纳米银胶体中制得抗污染抗菌正渗透膜。但以上改性方法中，抗菌层和抗污染层为同种物质，无法同时得到抗菌和抗污染俱佳效果，无法解决分离膜长期使用过程中的膜污染问题。例如，文献(Desalination，2013，324：48-56)报道原位形成银纳米粒子改性超滤膜，该超滤膜具有抗菌抗污染性能，但在研究中也发现了纳米银会以银离子的形式而逐渐流失。有效抗菌抗污染组分的逐渐消失，会影响膜的长期性能。

季铵盐作为一类广谱杀菌剂，具有高效、低毒、不易受pH值变化的影响、化学性能稳定等特点，且季铵盐具有很强的化学设计性，能够通过简易的方法接枝到材料表面。聚乙二醇(或聚氧化乙烯)和聚两性离子应用广泛的抗污染材料，其通过与水分子发生作用紧密结合后形成水合层，成为污染物在膜表面吸附的屏障，因此有优良的抗蛋白质吸附和抗生物污染性能。同时结合季铵盐的广谱杀菌性能和聚乙二醇(或聚氧化乙烯)/聚两性离子抗污染性能，并将其稳定地结合在微孔膜表面协同发挥作用，对于实现微孔膜长期抗污染性能方面具有重要意义。

发明内容

为克服现有膜分离技术中膜长期使用的污染问题，本发明通过由共价键相连的抗菌组分和抗污染组分制备一种抗菌抗污染微孔膜。

本发明的目的之一在于制备一种兼具抗菌抗污染的微孔膜。改性后的微孔膜表面具有长期抗污染效果，能够抑制细菌、微生物的生长和粘附。