CN102008908A - 一种防微生物污染pvdf平板膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防微生物污染PVDF平板膜及其制备方法，本发明属于膜技术领域，特别涉及一种耐污染高分子膜技术。本发明拟解决的技术问题是提供一种防微生物污染平板分离膜及其制备方法。本发明通过对单壁或多壁碳纳米管进行改性，然后均匀分散在铸膜液中，采用相转化法刮制出防微生物污染的平板分离膜。所述防微生物污染PVDF平板膜中含有碳纳米管；本发明产品较常规PVDF平板分离膜制备，不需要特殊设备、工业化实施容易，总体而言工艺简单，而且膜的成本增幅不大。该平板分离膜产品对分离介质中的微生物具有很好的抑制附着作用，显著提高了膜抗微生物污染性。

Description

一种防微生物污染PVDF平板膜及其制备方法

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种耐污染高分子膜技术。

背景技术

膜污染是指膜分离过程中分离介质中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象。对于膜污染，一旦分离介质料液与膜接触，膜污染即开始。

膜污染的种类和原因很多，其中分离膜微生物污染近年来备受关注，主要原因在于分离膜在生物领域的应用日趋广泛。膜分离过程中，分离介质中的一些有利于微生物生长所需的营养物质在膜孔中受到位阻作用，在膜孔的表面易被吸附，适宜微生物生存，因而不可避免地有大量微生物滋生，极易形成一层生物膜，造成膜的不可逆阻塞，使膜的通量下降，成为膜污染的一大原因之一。

近年来，对分离膜微生物污染的防治主要集中在膜清洗方面，而从分离膜材料的源头膜材料方面加以研究改进的报道很少。

碳纳米管作为纳米材料中最具潜力的材料，由于其独特的力学、电子特性及化学特性成为研究的热点，它在生物复合材料、场发射材料、导电材料、以及生物医药的研究中广为应用，尤其是其抗微生物性能，可以改善膜的抗污染性。近年来，利用碳纳米管与其它材料进行共混或接枝改性以提高材料的杀菌性、抗蛋白质吸附性能等的研究很多，但将碳纳米管应用到分离膜材料领域的研究很少。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度，是一种综合性能良好的分离膜材料。但目前在PVDF膜防微生物污染研究领域，利用碳纳米管对PVDF平板膜材料进行改性，研制防微生物污染的PVDF平板膜的研究尚未见报道。

发明内容：

针对现有PVDF平板膜防微生物污染技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种防微生物污染平板分离膜及其制备方法。本发明通过对单壁或多壁碳纳米管进行改性，然后均匀分散在铸膜液中，采用相转化法刮制出防微生物污染的平板分离膜。

所述防微生物污染PVDF平板膜中含有碳纳米管；

所述PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.001～1∶0.01。

本发明产品利用碳纳米管优越的抗微生物性能，可有效地防治微生物在膜孔及膜表面的吸附，而且碳纳米管在体系中用量少，对PVDF平板膜的成本提高影响不大。本发明产品由如下方法制备：

1.碳纳米管溶液的制备。称取市售预处理的碳纳米管，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌分散配成碳纳米管溶液。

2.碳纳米管改性PVDF铸膜液的配制：称取PVDF加入放有NMP的容器中，向上述放有NMP的容器中加入聚乙二醇(PEG)。上述放有NMP的容器置于50℃～70℃水浴中，搅拌溶解得到纺丝料液；向纺丝料液中加入碳纳米管溶液，使PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.001～1∶0.01，搅拌，得到混合铸膜液。

3.碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制。将铸膜液倾于玻璃板，用玻璃棒刮制成膜，浸入20℃～30℃的凝固浴恒温水槽中凝固成形，待膜从玻璃板上成形脱落后，再放置蒸馏水中24～36小时，蒸馏水洗净即得到抗微生物污染的PVDF平板膜。

所述步骤2中PVDF在NMP中质量百分比为15％～20％。

所述PEG分子量为10000；

所述PEG添加量为在NMP中质量百分比为6％～10％，聚乙二醇作为致孔剂使用；

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中至少一种。

所述的凝固浴水槽内为蒸馏水，凝固浴水起到膜凝固剂的作用。

本发明产品制备不需要特殊设备、工业化实施容易，总体而言工艺简单，而且膜的成本增幅不大。该平板分离膜产品对分离介质中的微生物具有很好的抑制附着作用，显著提高了膜抗微生物污染性。

与现有防微生物污染膜技术相比，本发明产品从膜材料源头进行改性，将碳纳米管的杀菌性、抗微生物吸附性能应用到平板分离膜领域。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1：

(1)碳纳米管溶液的制备。按质量比5％称取一定量市售预处理的碳纳米管，加入100mL的NMP中，充分搅拌分散，配成碳纳米管溶液。

(2)碳纳米管改性PVDF铸膜液的配制。称取PVDF加入盛有500mL NMP的烧杯中，PVDF在NMP中质量百分比为18％。加入致孔剂PEG，所述PEG分子量为10000；

所述PEG添加量为在NMP中质量百分比为8％；将烧杯放于60℃水浴中，并在电磁搅拌下使固体溶解得到纺丝料液。向纺丝料液中加入一定量碳纳米管溶液，使PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.005，充分搅拌使其分散均匀得到混合纺丝料液。

(3)碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制。碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制。将铸膜液倾于玻璃板，用玻璃棒刮制成膜，浸入25℃的凝固浴恒温水槽中凝固成形，所述的凝固浴水槽内为蒸馏水，待膜从玻璃板上成形脱落后，再放置蒸馏水中30小时，蒸馏水洗净即得到抗微生物污染的PVDF平板膜。

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。

实施例2：

(1)碳纳米管溶液的制备。同实施例1。

(2)碳纳米管改性PVDF铸膜液的配制。称取PVDF加入盛有500mL NMP的烧杯中，PVDF在NMP中质量百分比为20％。加入致孔剂PEG，所述PEG分子量为10000；

所述PEG添加量为在NMP中质量百分比为6％；将烧杯放于50℃水浴中，并在电磁搅拌下使固体溶解得到纺丝料液。向纺丝料液中加入一定量碳纳米管溶液，使PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.01，充分搅拌使其分散均匀得到混合纺丝料液。

(3)碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制。碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制。将铸膜液倾于玻璃板，用玻璃棒刮制成膜，浸入30℃的凝固浴恒温水槽中凝固成形，所述的凝固浴水槽内为蒸馏水，待膜从玻璃板上成形脱落后，再放置蒸馏水中26小时，蒸馏水洗净即得到抗微生物污染的PVDF平板膜。所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。

例3，试验效果：

采用常规PVDF膜和本发明的防微生物污染PVDF平板膜进行应用试验，取大豆多肽酶解液、酵母生产赤藓糖醇发酵液体采用上述两种膜进行过滤处理。分别连续过滤3、6、12小时，之后用无菌棉球在两种膜上各搽拭3处面积为10平方厘米的表面，将无菌棉球投入无菌水中搅拌混合后取样采用常规微生物计数方法(平板菌落计数办法)，计算两种膜上的微生物数量。结果见表1。

由表1可知，本发明膜产品与对照膜相比较，在防止微生物污染方面效果突出，显著的优于对照试验组膜产品。

表1：两种膜使用后的平均微生物数量(个)

Claims (8)

1.一种防微生物污染PVDF平板膜，其特征在于.所述防微生物污染PVDF平板膜中含有碳纳米管。

2.如权1所述防微生物污染PVDF平板膜，其特征在于所述PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.001～1∶0.01。

3.如权1或2所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，包括如下步骤：

(1).碳纳米管溶液的制备：预处理的碳纳米管加入NMP中，搅拌配成碳纳米管溶液；

(2)碳纳米管改性PVDF铸膜液的配制：称取PVDF加入放有NMP的容器中，向上述放有NMP的容器中加入PEG；上述放有NMP的容器置于50℃～70℃水浴中，搅拌溶解得到纺丝料液；向纺丝料液中加入碳纳米管溶液，使PVDF与碳纳米管的质量比为1∶0.001～1∶0.01，搅拌得到混合铸膜液；

(3).碳纳米管改性PVDF平板膜的刮制：将铸膜液倾于玻璃板刮制成膜，浸入20℃～30℃的凝固浴恒温水槽中，膜从玻璃板上成形脱落后，再放置蒸馏水中24～36小时，蒸馏水洗净即得到抗微生物污染的PVDF平板膜。

4.如权3所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中PVDF在NMP中质量百分比为15％～20％。

5.如权3所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，其特征在于所述PEG分子量为10000。

6.如权3所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，其特征在于所述所述步骤(2)中PEG添加量在NMP中质量百分比为6％～10％。

7.如权3所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，其特征在于所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中至少一种。

8.如权3所述防微生物污染PVDF平板膜的制备方法，其特征在于所述凝固浴水槽内为蒸馏水。