[发明专利]一种聚醚砜超滤膜及其制备方法、应用以及超滤设备

说明书

本发明属于膜分离技术领域的一种聚醚砜超滤膜及其制备方法、应用以及超滤设备。本发明提供的聚醚砜超滤膜由下述原料制备得到，所述原料包括聚醚砜、有机溶剂、水溶性单体添加剂、脂溶性单体添加剂和致孔剂。本发明提供的聚醚砜超滤膜通量高、选择性高，能实现蛋白质的有效分离，便于清洗，延长了使用寿命，且结构可调控性强、适用范围广泛。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种聚醚砜超滤膜及其制备方法、应用以及超滤设备。

背景技术

聚醚砜(PES)作为一种无定形聚合物，具有出色的机械性能、化学稳定性和热稳定性能，可溶于多种极性溶剂。PES超滤膜在水净化(细菌和病毒的过滤)和功能性大分子或胶体颗粒(如蛋白质)的分离过程中具有重要作用。到目前为止，PES膜在全球膜过滤器市场中占有主要份额，因广泛应用于单克隆抗体和疫苗生产以及蛋白质分离，预计到2025年PES膜的份额就将达到8.019亿美元。尽管PES超滤膜在蛋白质分离行业取得了巨大的成功，但是高通量和高选择性之间的权衡仍是一个重大挑战。超滤膜的通量和选择性主要受膜结构和孔径大小的影响，指状或大孔结构的PES膜往往膜强度较差，且在长期跨膜压差情况下会被压实而导致通量持续降低；海绵状结构的膜具有形态均一，支撑强度好等特点，且对功能性大分子的截留效果较好，但是往往显示出较低的通量，因此制备一种具有高度区域化的海绵状结构PES超滤膜成为本领域的开发热点。

目前大多数超滤膜主要采用非溶剂致相分离法制备，中国专利(CN114259877A)“一种海绵状结构PVC/EVOH二元共混平板超滤膜的制备方法”利用水溶性酯类为稀释剂及水溶性醇为非稀释剂，采用复合相转化法制备多孔膜，有效控制膜结构由指状孔向海绵状孔结构转变。中国专利(CN104056557B)”一种同时改善通透性和选择性的聚醚砜超滤膜的制备方法”利用PEI和聚乙烯吡咯烷酮为添加剂改变相转化过程，有效调控了PES超滤膜的结构，增大其开孔率及选择层厚度，提高了通透性和选择性。中国专利(CN101484234B)“超滤膜”利用疏水性芳族砜聚合物和至少一种亲水性聚合物制成，具有在内腔侧的开孔分离层，相邻的具有非对称海绵状孔结构且没有指孔的负载层，分离层具有20000-200000道尔顿的截止量。以上技术或解决PES膜机械稳定性问题，或解决截止分子量的问题，但在综合提高选择性和通量上仍存在缺漏；且这些方法很容易以牺牲某一种特性为代价来提升其他性能，并不能做到全面提升，可能会限制该膜在水净化、蛋白质分离等方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚醚砜超滤膜及其制备方法、应用以及超滤设备，具体技术方案如下：

本发明第一方面提供一种聚醚砜超滤膜，所述聚醚砜超滤膜由下述原料制备得到，所述原料包括聚醚砜、有机溶剂、水溶性单体添加剂、脂溶性单体添加剂和致孔剂。

进一步地，所述聚醚砜超滤膜为双层区域划分结构，横截面分为致密区域和疏松区域，致密区域的水接触角低于疏松区域，致密区域表面的水接触角≤70°。

进一步地，聚醚砜超滤膜为平板超滤膜，亲水致密区域的孔径为10nm-50nm，亲水致密区域与亲水疏松区域的孔径之比为1∶40-1∶110，优选为1∶70-1∶110；所述聚醚砜超滤膜在工作压力为0.4Mpa的水通量在650L/m²·h以上。

本发明第二方面提供本发明第一方面所提供聚醚砜超滤膜的制备方法，原料包括聚醚砜、有机溶剂、水溶性单体添加剂、脂溶性单体添加剂和致孔剂，所述原料混合后经刮膜、预蒸发、凝固浴后制备得到所述聚醚砜超滤膜。

进一步地，聚醚砜、有机溶剂、水溶性单体添加剂、脂溶性单体添加剂和致孔剂的质量比为(12-20)∶(50-70)∶(2-6)∶(1-4)∶(10-24)。

更进一步地，所述原料的混合方式为：先将水溶性单体添加剂、脂溶性单体添加剂溶于有机溶剂中，再加入聚醚砜和致孔剂混合均匀。