CN109529627A - 一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法 - Google Patents

一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法 Download PDF

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何本桥
马欢欢
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Abstract

本发明涉及一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法，包括如下步骤：(1)、将超滤膜经过等离子体发生器和含亲水基团的单体的溶液进行处理，引入亲水基团；(2)、用去离子水洗净未反应的单体，然后将超滤膜保存于水中。根据本发明的方法得到的超滤膜的水通量显著提高，接触角明显减小，亲水性显著增强。

Description

一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法
技术领域
本发明涉及膜材料制造领域，特别是一种膜材料的改性制造技术，具体来说，本发明涉及一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法。
背景技术
超滤技术是纳米数量级进行选择性滤过的分离技术，广泛应用于医药、化学、电子、环保、食品等领域。超滤技术中所使用的超滤膜是孔径范围为10～100nm，截留分子量范围为1000～500000道尔顿的膜，其能有效截留病毒、蛋白质、胶体等大分子溶质，从而使大分子溶质与溶剂或小分子溶质分离。
超滤膜材料大多为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等特种工程高分子材料。这些材料都具有较强的疏水性，使得制得的超滤膜也都呈现较强的疏水性，并在实际应用中容易造成膜污染，使得膜的通量下降、寿命缩短。因此，改进超滤膜的亲水性是超滤膜应用中最值得关注的问题之一。
等离子体是一种电离度超过0.10％的气体，是由离子、电子和中性粒子(原子和分子)组成的集合体。等离子体中的粒子能量约为几个至十几电子伏特，大于聚合物材料的结合键能，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键，但远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。通过等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团。也就是说，一方面电子具有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离，另一方面由于重粒子温度低，反应体系又得以保持相对较低的温度，甚至接近室温，这两方面的特点，使得等离子体在化学合成、等离子体刻蚀和等离子体表面处理及改性等领域具有广泛的应用前景。
因此，本发明提供了一种利用等离子体改进超滤膜的亲水性的方法，其操作简便，改性时间短；所得改性超滤膜亲水性较强，通量高。
发明内容
本发明涉及一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法，包括如下步骤：
(1)、将超滤膜经过等离子体发生器和含亲水基团的单体的溶液进行处理，引入亲水基团；
(2)、用去离子水洗净未反应的单体，然后将超滤膜保存于水中。
所述步骤1可以如下进行：a)将超滤膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体，对超滤膜进行等离子体处理，然后将处理后的膜浸入含亲水基团的单体的溶液进行等离子体接枝改性，引入亲水基团；或者，
b)将超滤膜置于含亲水基团的单体的溶液中浸泡一定时间，取出除去膜表面的多余溶液，然后将超滤膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体，进行等离子体接枝改性，引入亲水基团。
其中，所述超滤膜为聚偏氟乙烯、聚砜和聚醚砜平板超滤膜中的一种，超滤膜的孔径为30nm～100nm，截留分子量为3000～100000道尔顿。
其中，所述含亲水基团的单体为丙烯酸、十二烷基磺酸钠和乙二胺的一种。
其中，所述含亲水基团的单体的溶液浓度为5g/L～20g/L。
其中，所述(a)中超滤膜与含亲水基团的单体溶液的反应温度为30℃～60℃，反应时间为4h～12h。
其中，所述(b)中超滤膜在含亲水基团的单体的溶液中的浸泡时间为6h～24h。
其中，在a)和b)中，超滤膜在等离子体发生器中距离放电中心5cm～10cm。
其中，在a)和b)中对超滤膜进行等离子体处理时，所用惰性气体为氮气，放电功率50W～100W，处理时间为60s～120s。
本发明进一步涉及通过根据本发明所述的方法得到的具有改进的亲水性的超滤膜。
本发明的有益效果如下：本发明提供的等离子体改性方法简单，操作简便，改性时间短；所得的改性超滤膜亲水性较强，通量高。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步示例性地详细说明本发明。所述实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明，任何在本发明精神范围内的变化和改变，均落入本发明的范围。
本发明中使用的原料均可市购获得。所用试剂纯度为分析纯。所用等离子体发生器为瑞安市炜灿机械科技有限公司生产的WC-5型等离子表面处理机。所用聚醚砜平板超滤膜为自己制备。
实施例1
将孔径为60nm，截留分子量50000道尔顿的聚醚砜平板超滤膜置于等离子体发生器中，距离放电中心8cm，通入氮气，放电功率为75W，照射时间为90s。然后取出聚醚砜膜，将等离子体处理后的聚醚砜膜浸入10g/L的丙烯酸溶液中，于50℃下搅拌反应8h。反应完毕后取出聚醚砜膜用去离子水洗净未反应完的单体，然后将聚醚砜膜置于去离子水中保存，得到本发明的含有亲水基团的改性超滤膜，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
实施例2
将孔径为30nm，截留分子量为3000道尔顿的聚砜平板超滤膜置于等离子体发生器中，距离放电中心50cm，通入氮气，放电功率为50W，照射时间为60s。然后取出聚砜膜，将等离子体处理后的聚砜膜浸入5g/L的乙二胺溶液中，于30℃下搅拌反应4h。反应完毕后取出聚砜膜用去离子水洗净未反应完的单体，然后将聚砜膜置于去离子水中保存，得到本发明的含有亲水基团的改性超滤膜，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
实施例3
将孔径100nm，截留分子量100000道尔顿的聚偏氟乙烯平板超滤膜置于等离子体发生器中，距离放电中心10cm，通入氮气，放电功率为100W，照射时间为120s。然后取出聚偏氟乙烯膜，将等离子体处理后的聚偏氟乙烯膜浸入20g/L的十二烷基磺酸钠溶液中，于60℃下反应12h。反应完毕后取出聚偏氟乙烯膜用去离子水洗净未反应完的单体，然后将聚偏氟乙烯膜置于去离子水中保存，得到本发明的含有亲水基团的改性超滤膜，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
实施例4
将孔径为50nm，截留分子量30000道尔顿的聚砜平板超滤膜浸入8g/L的丙烯酸溶液中9h，取出用去离子水清洗膜表面多余的单体，然后将聚砜膜置于等离子体发生器中，距离放电中心6cm，通入氮气，放电功率为60W，照射时间为75s。然后取出聚砜膜，用去离子水洗净未反应完的单体，置于去离子水中保存，得到本发明的含有亲水基团的改性超滤膜，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
实施例5
将孔径为80nm，截留分子量80000道尔顿的聚醚砜平板超滤膜浸入15g/L的乙二胺溶液中18h，取出用去离子水清洗膜表面多余的单体，然后将聚醚砜膜置于等离子体发生器中，距离放电中心8.5cm，通入氮气，放电功率80W，照射时间为100s。然后取出聚醚砜膜，用去离子水洗净未反应完的单体，置于去离子水中保存，得到本发明的含有亲水基团的改性超滤膜，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
对比例1
孔径80nm，截留分子量80000道尔顿的聚醚砜平板超滤膜，未经任何处理，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
对比例2
孔径为50nm，截留分子量30000道尔顿的聚砜平板超滤膜，未经任何处理，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
对比例3
孔径100nm，截留分子量100000道尔顿的聚偏氟乙烯平板超滤膜，未经任何处理，测试0.2MPa下纯水通量和接触角，测试结果见表1。
表1测试结果
性能参数 水通量/(L·m<sup>-2</sup>·h<sup>-1</sup>) 接触角/(°)
实施例1 99.4 40.2
实施例2 84.8 43.4
实施例3 126.6 68.8
实施例4 93.7 42.5
实施例5 103.5 37.6
对比例1 68.5 69.4
对比例2 56.2 63.8
对比例3 82.4 86.5
由上表可以看出，利用本发明制备的等离子体改性后的平板超滤膜水通量有了大幅度提高，接触角明显减小，亲水性显著增强。

Claims (10)

1.一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法，包括如下步骤：
(1)、将超滤膜经过等离子体发生器和含亲水基团的单体的溶液进行处理，引入亲水基团；
(2)、用去离子水洗净未反应的单体，然后将超滤膜保存于水中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)可以如下进行：
a)将超滤膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体，对超滤膜进行等离子体处理，然后将处理后的膜浸入含亲水基团的单体的溶液进行等离子体接枝改性，引入亲水基团；或者，
b)将超滤膜置于含亲水基团的单体的溶液中浸泡一定时间，取出除去膜表面的多余溶液，然后将超滤膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体，进行等离子体接枝改性，引入亲水基团。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述超滤膜为聚偏氟乙烯、聚砜和聚醚砜平板超滤膜中的一种。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述超滤膜的孔径为30nm～100nm，截留分子量为3000～100000道尔顿。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述含亲水基团的单体为丙烯酸、十二烷基磺酸钠和乙二胺的一种。
6.如权利要求1所述的一种等离子体改进超滤膜亲水性的方法，其特征在于，所述含亲水基团的单体的溶液浓度为5g/L～20g/L。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述(a)中超滤膜与含亲水基团的单体的溶液的反应温度为30℃～60℃，反应时间为4h～12h。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述(b)中超滤膜在含亲水基团的单体的溶液中的浸泡时间为6h～24h。
9.如权利要求2所述的方法，其中在a)和b)中，超滤膜在等离子体发生器中距离放电中心5cm～10cm；所用惰性气体为氮气，放电功率50W～100W，处理时间为60s～120s。
10.通过前述权利要求1-9任一项所述的方法得到的亲水性超滤膜。
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