CN100371059C - 一种截留率可调控的电磁约束分离膜 - Google Patents

一种截留率可调控的电磁约束分离膜 Download PDF

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Abstract

一种截留可调控的电磁约束分离膜，是在分离膜中均匀分布有纳米级至毫米级的磁性材料或/和磁致伸缩材料。本分离膜在外加磁场的作用下实现截留率的调控和选择，从而方便多组分物质的分级与分离。本分离膜的加工就是在原料中加入磁性介质用公知的成型工艺如溶液浇铸法、熔融拉伸法、聚合法等加工成型。

Description

一种截留率可调控的电磁约束分离膜
一、技术领域
本发明涉及膜分离过程用的一种合成的固态膜，特别涉及合成的固态多孔膜，确切地说是一种截留率可调控的电磁约束分离膜。
二、背景技术
膜分离在众多科学与工程领域得到应用。此前的分离膜因膜孔径为固定式而不能在线及时调控，所以其截留率也相对固定或变化范围很小。一种膜难以实现多组分物质的分离或分级。
三、发明内容
本发明的分离膜与此前常规的分离膜的区别在于：本分离膜中均匀分布有纳米级至毫米级的磁性介质，所述的磁性介质可以是磁性材料或/和磁致伸缩材料。
磁性介质在膜中的重量百分比为5～50％。
构成膜中磁性介质的材料，包括但不限于固态、液态磁性材料或有机、无机(例如Ni，Fe3O4)、无机-有机复合磁性材料；或者氧化铽或氧化镝铁等磁致伸缩材料；添加的原始磁性材料、反应生成的磁性材料或磁致伸缩材料其颗粒直径在纳米至毫米级。磁性介质在膜中的分布通常要求均匀一致，这样既有利于分离膜的调控操作，又便于工业制备和生产应用。
磁性介质所在的膜基材包括但不限于是聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚丙烯腈等可以制成有机膜的高分子材料，氧化铝、氧化锆等无机材料，蛋白质、多糖等生物高分子材料，或无机与有机复合材料。
本分离的形状可以但不限于制作成薄层状、平板状、螺旋卷状、中空纤维状、柱状、单层或多层结构。
本发明在分离膜孔周围均匀分布有磁性介质，当在膜外施加一外磁场时，分离膜内的磁性材料受外磁场诱导而产生附加磁场。附加磁场作用在膜孔周围，对欲通过膜孔分离的物质产生诱导或阻滞作用。诱导或阻滞作用的大小受外磁场的调控。调控外磁场，即相应改变诱导或阻滞作用，不同的待分离物质的分子因化学结构、极性、荷电性、磁性等差异而表现出截留率变化。就膜而言，相当于随外磁场调控而产生截留率选择性。
对于磁致伸缩作用材料，外磁场的变化还会引起材料的较大变形，从而改变膜孔的物理结构，也直接影响到膜的选择性截留率。
这种选择性截留率，有利于实现多组分物质的分级或分离。
施加于电磁诱导分离膜的外磁场，可以但不限于为电磁场、永久磁铁形成的磁场。作用在膜上的外加磁场的大小变化，可以但不限于通过变换外加磁场和膜器的相对位置，调节通过电磁线圈的电流大小，增加永久磁铁或电磁铁的个数或组数。外加磁场的大小变化范围可以0～10T(特斯拉)内。
外磁场与分离膜的相对位置，可以但不限于平行、交叉、垂直、包含(例如线圈状)或置于膜组件的内部。
这种膜的成型可采用溶液浇铸法、熔融拉伸法、聚合法、溶剂蒸发法、浸沉凝胶相转化法、浸入沉淀相转化法、热致相分离法、烧结法、涂布法等工艺。
四、具体实施方式
实施例1(制膜工艺)
选用聚砜为膜基材，聚乙二醇400为添加剂，N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，纯水为凝胶剂。改变制膜条件，即变化制膜液的质量百分比：聚砜8％-20％，聚乙二醇(400)1％-6％。在制膜液中加入纳米Fe3O4(粒径为8～12mm)，表面活性剂为油酸，聚砜与纳米Fe3O4的质量比为15∶1至15∶15。溶剂蒸发时间1min～5min，可以制得截留分子量在8000～10000范围内的磁性聚砜超滤膜。纳米Fe3O4最佳加入量由膜的磁性、膜的水通量、膜的截留率、膜孔内纳米粒子的填充情况及纳米粒子的团聚情况最终权量确定。
实施例2(制膜工艺)
用聚偏氟乙烯配制成制膜液，在制膜液中加入一定量的磁性纳米粒子和表面活性剂，搅拌后用相转化法在无纺布上刮膜。通过调节制膜液膜基材和添加剂的多少，膜在空气中的蒸发时间可以制备出不同孔径的磁性超滤膜；加入不同量，不同种类的磁性粒子制得不同磁性大小的磁性膜。
实施例3(分离实例)
取截留分子量在8000-100000范围的磁性分离膜，分离溶菌酶。外磁场变化在0～2T，溶菌酶的截留率在15％-88％范围变化。

Claims (2)

1.一种截留率可调控的电磁约束分离膜，其特征在于：本分离膜中均匀分布有纳米级至毫米级的磁致伸缩材料。
2.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于：磁致伸缩材料在膜中的重量百分比为5％-50％。
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