【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高通量超濾膜及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、超濾膜技術(shù)是一種膜分離技術(shù)，依托于材料科學(xué)的發(fā)展而逐漸興起。超濾膜是一種高分子半透膜，其孔徑范圍通常在1～100納米之間，屬于非對(duì)稱性膜類型。這種膜具有篩分穿透特性，能在一定的壓力下，使溶液中的低分子溶質(zhì)和溶劑穿透膜孔，而高分子溶質(zhì)、膠體或懸浮顆粒則被截留，從而達(dá)到過濾分離的效果。超濾膜技術(shù)的原理主要是利用膜兩側(cè)的靜壓差作為推動(dòng)力，使原料液中的溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓側(cè)透過膜到低壓側(cè)，而大粒子組分則被膜所阻攔，進(jìn)而在濾剩液中濃度增大。由于超濾膜具有較高的過濾效率和廣泛的適用性，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及市政建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域：
2、凈水處理：超濾膜在凈水處理中起到了關(guān)鍵作用，能夠去除水中的懸浮物、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)，從而提高水質(zhì)。在家庭、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域，超濾膜被廣泛用于制備純凈水和超純水，凈化城市飲用水，以及凈化礦泉水等。其凈水處理效率高、能耗低、操作簡(jiǎn)便、占地面積小，因而備受青睞。
3、中水回用：超濾膜技術(shù)可用于廢水處理后的再利用，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約。這種技術(shù)在城市污水處理和工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。
4、工業(yè)應(yīng)用：在工業(yè)領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)被用于分離細(xì)菌、熱源、膠體、懸浮物、大分子有機(jī)物等，以提高工藝水的質(zhì)量。此外，它還廣泛應(yīng)用于發(fā)酵、酶制劑工業(yè)、制藥工業(yè)的濃縮、純化及澄清，以及大豆、奶制品、制糖業(yè)、酒類、茶汁、醋等的分離、濃縮及澄清。
5、食品與醫(yī)藥：在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)用于果汁的濃縮和分離，以及中藥的
6、超濾膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域尤其展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，超濾膜不僅能過濾水中的懸浮顆粒物和雜質(zhì)，還能有效去除水中的細(xì)菌、病毒和微生物等有害物質(zhì)。此外，超濾膜技術(shù)使用很少或不使用化學(xué)藥劑，從而避免了水質(zhì)受到二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，使得處理后的水質(zhì)更好。從操作層面來看，基于超濾膜技術(shù)的過濾系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，只有開、關(guān)兩種操作。此外，超濾膜材料具有化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、抗酸堿腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，因此可以進(jìn)行高溫消毒，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。總的來說，超濾膜技術(shù)以其高效、環(huán)保、易操作的特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
7、現(xiàn)有的資料和文獻(xiàn)報(bào)道，超濾膜凈化技術(shù)采用純物理的過濾原理，依靠超濾膜表面密布的微孔進(jìn)行篩分，從而截留水中的目標(biāo)溶質(zhì)，實(shí)現(xiàn)過濾純化的效果，研究者們通常致力于通過材料改進(jìn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方式，提高膜的通量、截留率、抗污染性能等關(guān)鍵指標(biāo)。以上包括開發(fā)新型的高分子材料、無(wú)機(jī)材料或復(fù)合材料，以及優(yōu)化膜的孔徑、孔隙率等結(jié)構(gòu)參數(shù)。但這會(huì)不可避免的造成分離膜通量和截留率間的矛盾關(guān)系，即通量增大可能會(huì)造成截留率的降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決現(xiàn)有超濾膜存在通量增大會(huì)造成截留率降低的問題，進(jìn)而提供一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜及其制備方法。
2、一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，它按質(zhì)量份數(shù)由100份含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、5份～35份聚乙烯亞胺、0.5份～3份聚氧化乙烯及2份～5份天冬氨酸制備而成。
3、一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，它是按以下步驟進(jìn)行的：
4、一、按質(zhì)量份數(shù)稱取100份含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、5份～35份聚乙烯亞胺、0.5份～3份聚氧化乙烯、2份～5份天冬氨酸及300份～550份水溶性極性溶劑；
5、二、在室溫條件下，將稱取的含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、聚乙烯亞胺、聚氧化乙烯及天冬氨酸溶于水溶性極性溶劑中并超聲震蕩，得到鑄膜液，將鑄膜液依次進(jìn)行脫氣、刮涂及水相沉降，得到基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜。
6、本專利技術(shù)的有益效果是：
7、本專利技術(shù)以含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、聚乙烯亞胺和聚氧化乙烯為制膜高分子材料，通過相轉(zhuǎn)化法制備高通量超濾膜，其中使用天冬氨酸作為相轉(zhuǎn)化法過程中的雙功能原位致孔劑，既可以作為非溶劑致孔劑調(diào)節(jié)鑄膜液熱力學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)節(jié)超濾膜孔結(jié)構(gòu)及形成過程，同時(shí)與聚芳醚酮的內(nèi)酯基團(tuán)反應(yīng)，與聚乙烯亞胺共同構(gòu)成超濾膜內(nèi)的非空隙式水通道，即由親水性成分構(gòu)成純水通道，可以供水分子快速滲透通過，并截留溶質(zhì)，從而使超濾膜的純水通量和截留率同時(shí)顯著提高。即本專利技術(shù)所述制備的超濾膜同時(shí)存在孔結(jié)構(gòu)及非空隙式水通道。
8、相比于文獻(xiàn)報(bào)道中僅依靠超濾膜表面微孔進(jìn)行篩分的純物理過濾原理，本專利技術(shù)在超濾膜內(nèi)還構(gòu)建了親水性成分的非空隙式水通道，實(shí)現(xiàn)超濾膜的純水通量和截留率同時(shí)顯著提高。出乎意料的是，本專利技術(shù)中的超濾膜對(duì)染料的截留率先隨操作壓力的升高而下降，但在高壓下對(duì)染料的截留率竟顯著回升，在較高的操作壓力下，超濾膜兼具優(yōu)異的截留率和通量。這可能是由于在較高的操作壓力下，聚氧化乙烯鏈段呈取向態(tài)排列，規(guī)整的排列結(jié)構(gòu)提高了超濾膜對(duì)染料分子的截留效果。另外本專利技術(shù)中的超濾膜對(duì)染料考馬斯亮藍(lán)(相對(duì)分子量825)的截留率遠(yuǎn)高于對(duì)天狼星紅(相對(duì)分子量1373)和埃文斯藍(lán)(相對(duì)分子量960.82)的截留率，可應(yīng)用于對(duì)考馬斯亮藍(lán)和其他染料分子的精準(zhǔn)分離，甚至是分子量更大的染料。
9、說明書附圖
10、圖1為高通量超濾膜表面的親水性測(cè)試圖，a為實(shí)施例1(35.312°)，b為實(shí)施例3(23.736°)，c為實(shí)施例5(28.017°)，d為對(duì)比實(shí)驗(yàn)4(52.237°)；
11、圖2為高通量超濾膜上表面(刮涂過程中未與基板接觸的一側(cè))的原子力顯微鏡afm圖；
12、圖3為實(shí)施例4制備的高通量超濾膜三循環(huán)動(dòng)態(tài)抗污染(牛血清蛋白水溶液+去離子水)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(歸一化水通量)。
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1.一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于它按質(zhì)量份數(shù)由100份含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、5份～35份聚乙烯亞胺、0.5份～3份聚氧化乙烯及2份～5份天冬氨酸制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于所述的含內(nèi)酯基的聚芳醚酮的結(jié)構(gòu)式為n＝20～200。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于所述的聚乙烯亞胺的分子量為300～10000；所述的聚氧化乙烯的分子量為1000～20000。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于它是按以下步驟進(jìn)行的：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟一中所述的水溶性極性溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一種或其中幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟二
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟二中所述的脫氣具體是在真空度為2Pa～10Pa的條件下，真空脫氣5min～30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟二中所述的刮涂具體是將鑄膜液刮涂于基板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟二中所述的刮涂具體是使用高度為400μm～500μm的刮膜器，將鑄膜液刮涂于基板上，得到覆膜基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟二中所述的水相沉降具體是在室溫下，將覆膜基板浸漬于水中12h～48h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于它按質(zhì)量份數(shù)由100份含內(nèi)酯基的聚芳醚酮、5份～35份聚乙烯亞胺、0.5份～3份聚氧化乙烯及2份～5份天冬氨酸制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于所述的含內(nèi)酯基的聚芳醚酮的結(jié)構(gòu)式為n＝20～200。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜，其特征在于所述的聚乙烯亞胺的分子量為300～10000；所述的聚氧化乙烯的分子量為1000～20000。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于它是按以下步驟進(jìn)行的：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙重化學(xué)交聯(lián)輔助構(gòu)建水通道的高通量超濾膜的制備方法，其特征在于步驟一中所述的水溶性極性溶劑為n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的一種或其中幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于云武，劉子群，袁勇，孫小巍，馬穎，劉鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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