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Abstract

本发明涉及一种导电性微滤膜及其制备方法。通过将基体聚合物与导电性高分子、碳粉或碳纸以共混、铸膜液与粉体掺混或铸膜液与碳纸复合后成膜制备导电性微滤膜。本发明将成膜基体材料与导电性高分子或碳材料结合，制备导电性微滤膜，结合微滤膜与电极的特点于一体，可将分离过程与电化学过程结合提高分离效率。

Description

一种导电性微滤膜及其制备方法
 
技术领域
本发明涉及一种导电性微滤膜及其制备方法，可以将微滤膜与电极的特点结合在一起，实际应用中可将分离过程与电化学过程结合起来提高分离效率。 
 
背景技术
微滤膜分离技术始于19 世纪中叶，是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其主要作用是从气相或液相物质中去除（截留）胶体、细菌和固体物质，以达到净化、分离和浓缩等目的。其主要技术优点是：膜孔径均匀、过滤精度高、滤速快、吸附量少、无介质脱落等，主要应用于食品、饮料、医药卫生、电子、化工、环境监测等领域，如科研和环保部门对水和空气的检测分析、电子工业的空气和纯水净化、食品工业食用纯净水制造、医药和制药业用水的除菌和除微粒等。微滤膜分离技术现阶段的研究热点之一是功能化微滤膜过程的研究，包括吸附性微滤膜过程及亲和膜过程等。在应用中将微滤膜分离过程与电化学过程结合起来无疑可以提高分离效率，但相关的将微滤膜与电极的特点结合，制备导电性微滤膜的研究未见报道。
 
发明内容
本发明目的在于提供一种导电性微滤膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种导电性微滤膜，基体聚合物构成微滤膜的多孔介质结构,平均孔径0.3-20微米，确保微滤过程的实现；导电材质在膜内构成导电性通路，保证膜表面作为电极实现表面的电化学过程；
其制备过程为：将基体聚合物与导电高分子或碳粉混合制膜、或将基体聚合物与碳纸复合后成膜制备导电性微滤膜，实际应用中可将分离过程与电化学过程结合起来提高分离效率。
采用基体聚合物与导电高分子或碳粉混合制膜时，基体聚合物与导电高分子质量比为6-15：5-20，基体聚合物与碳粉质量比为6-15：25-50；
采用基体聚合物与碳纸复合后成膜，成膜后基体聚合物层厚度50-300微米，碳纸厚度10-300微米。
具体操作步骤如下：
A．(共)混：
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，并添加导电高分子添加剂5-20%，制备制膜液，刮涂膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米；
2）以干湿法成膜，即于30-60℃，相对湿度50-100%的空气中吸湿沉淀1-20min，待干法分相完成后浸入水中交换溶剂及去除不必要的组分，固化膜结构，制备微滤膜；
或B．(铸膜液与粉体掺混)
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，形成制膜液；
2）在上述步骤1）制备制膜液后加入制膜液质量25-50%的碳粉，混合均匀，刮涂膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米，按步骤A．2）成膜，制备导电的微滤膜；
或C．(铸膜液与碳纸复合)
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，形成制膜液；
2）刮涂上述步骤1）制备的膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米后，将碳纸覆盖在其上与其复合，碳纸厚度10-400微米，按步骤A．2）成膜，制备导电的微滤膜。
D．按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，并添加亲水性高分子添加剂1-3%，制备制膜液，刮涂膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米，按步骤2）成膜，制备不导电的微滤膜。
以上步骤均于洁净气氛中进行； 
制备的膜厚100-400微米、平均孔径0.3-20微米。
在上述步骤中基体聚合物为聚醚讽、聚矾、聚醚酰亚胺或二醋酸纤维素，溶剂为二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或二种以上溶剂的混合物。导电性高分子为掺杂态的聚苯胺或聚吡咯，亲水性高分子添加剂为聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇，非溶剂为挥发性的酮类、醇类与不挥发性的多元醇类，挥发性的酮类具体为丙酮，所述的挥发性的醇类具体为乙醇、丙醇或丁醇，非挥发性的多元醇类为甘油、一缩二乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400或聚乙二醇600。所述碳粉为热解石墨粉；无孔支撑层为玻璃板或塑料板。
本发明将基体聚合物与导电高分子或碳材料混合制膜或将基体聚合物与碳纸复合后成膜制备导电性微滤膜, 结合微滤膜与电极的特点于一体，实际应用中可将分离过程与电化学过程结合起来提高分离效率；基体聚合物构成微滤膜的多孔介质结构,平均孔径0.3-20微米，确保微滤过程的实现；导电材质在膜内构成导电性通路，保证膜表面作为电极实现表面的电化学过程。
 
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.     将微滤膜分离技术与电化学技术优点结合，提高分离效率，使操作更加简易方便。
2.     基体聚合物构成微滤膜的多孔介质结构,平均孔径0.3-20微米，确保微滤过程的实现；导电材质在膜内构成导电性通路，保证膜表面作为电极实现表面的电化学过程；。
3.     提供了一种新的生物分子或细胞的固定载体，可以直接在膜表面固定化细胞或生物大分子制备生物传感器，易于放大。
具体实施方式
如无特殊说明，所有步骤均在洁净环境中进行。
水通量的测定：在真空度6.9×104Pa（520毫米汞柱）下测定蒸馏水透过速度(此即Millipore公司所采用的测试条件)，
Jw=V/At                                                                             （1）
式中，Jw为水通量，V为透过纯水的体积，t为通过一定量的纯水所需的时间，A为有效膜面积。
孔隙率测定：微滤膜孔隙率ε=(W1-W2)/Vd水×100%                    （2）
式中，ε为微滤膜孔隙率，W1为湿膜重，W2为干膜重，d水为水密度，V为膜体积。
膜的平均孔径计算：假设膜内微孔均为大小均匀的圆柱状通孔，且垂直于膜面，则平均孔径计算式为：r=(8ηLJ/△Pε) 1/2                             （3）
式中，r为滤膜微孔半径；L为膜厚度；J为水通量；ε为膜的孔隙率；η为水粘度；△P为膜两侧的压力差。
 
实施例1
导电高分子共混的导电性微滤膜
步骤1  以聚醚砜8%、二甲基甲酰胺36%及48%聚乙二醇200(质量百分比)，8%导电高分子聚苯胺，制备制膜液。
步骤2  刮涂膜液于无孔支撑层（玻璃板或塑料板）上，厚度300-500微米；
步骤3  以干湿法成膜，即于40℃，相对湿度80%的空气中吸湿沉淀5min。
步骤4  待分相基本完成后浸入水中交换溶剂及去除不必要的组分，固化膜结构，制备导电性微滤膜。
      膜的水通量为34.06ml/cm2·min, 厚度200微米，平均孔径0.44微米。
 
对比实施例2
不导电微滤膜的制备
步骤1  以聚醚砜10%、N-甲基吡咯烷酮30%及60%聚乙二醇200(质量百分比)，制备制膜液。
步骤2  刮涂膜液于无孔支撑层（玻璃板或塑料板）上，厚度300-500微米；
步骤3  以干湿法成膜，于45℃，相对湿度90%的空气中吸湿沉淀2min。
步骤4  待分相基本完成后浸入水中交换溶剂及去除不必要的组分，固化膜结构，制备微滤膜。
      膜的水通量为40.78ml/cm2·min, 厚度190微米，平均孔径0.50微米。
 
实施例3
碳纸复合的导电性微滤膜
步骤1  以聚醚砜10%、N-甲基吡咯烷酮30%及60%聚乙二醇200(质量百分比)，制备制膜液。
步骤2  刮涂膜液于无孔支撑层（玻璃板或塑料板）上，厚度300-500微米；
步骤3  将碳纸覆盖在刮涂好的膜液薄层上与其复合。
步骤4  以干湿法成膜，于45℃，相对湿度90%的空气中吸湿沉淀2min。
步骤5  待分相基本完成后浸入水中交换溶剂及去除不必要的组分，固化膜结构，制备导电性微滤膜。
      膜的水通量为81.12ml/cm2·min, 厚度260微米，平均孔径0.92微米。

Claims (8)

1.一种导电性微滤膜，其特征在于：基体聚合物构成微滤膜的多孔介质结构,平均孔径0.3-20微米，确保微滤过程的实现；导电材质在膜内构成导电性通路，保证膜表面作为电极实现表面的电化学过程；
其制备过程为：将基体聚合物与导电高分子或碳粉混合制膜、或将基体聚合物与碳纸复合后成膜制备导电性微滤膜，实际应用中可将分离过程与电化学过程结合起来提高分离效率。
2.按照权利要求1所述导电性微滤膜，其特征在于：
采用基体聚合物与导电高分子或碳粉混合制膜时，基体聚合物与导电高分子质量比为6-15：5-20，基体聚合物与碳粉质量比为6-15：25-50；
采用基体聚合物与碳纸复合后成膜，基体聚合物层厚度50-300微米，碳纸厚度10-300微米。
3.一种权利要求1或2所述导电性微滤膜的制备方法，其特征在于： 
具体操作步骤如下：
A．
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，并添加导电高分子添加剂5-20%，制备制膜液，刮涂膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米；
2）以干湿法成膜，即于30-60℃，相对湿度50-100%的空气中吸湿沉淀1-20min，待干法分相完成后浸入水中交换溶剂及去除不必要的组分，固化膜结构，制备微滤膜；
或B．
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，形成制膜液；
2）在上述步骤1）制备制膜液后加入制膜液质量25-50%的碳粉，混合均匀，刮涂膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米，按步骤A．2）成膜，制备导电的微滤膜；
或C．
1）按质量百分比计，以基体聚合物6-15%、溶剂20-80%及非溶剂5-70%，形成制膜液；
2）刮涂上述步骤1）制备的膜液于无孔支撑层上，厚度300-500微米后，将碳纸覆盖在其上与其复合，碳纸厚度10-400微米，按步骤A．2）成膜，制备导电的微滤膜。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的基体聚合物为聚醚讽、聚矾、聚醚酰亚胺或二醋酸纤维素。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的溶剂为二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或二种以上溶剂的混合物；
所述的导电高分子为掺杂态的聚苯胺或聚吡咯。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的非溶剂为挥发性的酮类、醇类与不挥发性的多元醇类。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的挥发性的酮类为丙酮；所述的挥发性的醇类为乙醇、丙醇或丁醇；所述的非挥发性的多元醇类为甘油、一缩二乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400或聚乙二醇600。
8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述碳粉为热解石墨粉；无孔支撑层为玻璃板或塑料板。
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