CN110743370A - 一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,所述方法包括如下步骤:步骤一、叔胺基聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备叔胺基聚砜共聚物;步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备两性离子聚砜聚合物;步骤三:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液中,配制成两性离子聚砜聚合物溶液;步骤四:将聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中,取出后去离子水清洗,得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜;步骤五:重复步骤四3~7次。本发明利用层层自组装技术,使两性离子聚砜聚合物在聚砜基膜表面自组装进而改性基膜,并且组装层较薄,可以获得较大通量和较好的截留性能。
Description
技术领域
本发明属于膜分离技术领域,涉及一种膜的改性方法,具体涉及一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法。
背景技术
膜分离技术具有良好的选择性、节能、高效、易集成等特点,在水处理、化学工程、食品、医疗、环境等领域被广泛应用,产生了巨大的社会和经济效益。超滤膜是介于微滤膜与纳滤膜之间的一种压力驱动膜,因其较低的操作压力(0.1~0.5 MPa)、较大的渗透通量(100~500 L/m2hbar)及较宽的分子截留区间(1000~200000 Da)而被广泛应用。
国产超微滤膜缺乏竞争力的关键在于膜的通量小和易污染。据统计,膜污染导致膜组件损坏比重高达70%以上。因此提高超微滤膜的通量、解决国产膜抗污能力差的难题是实现我国高端膜制造的关键技术,对提高国产膜市场占有率具有重要经济和社会效益。亲水改性被认为是解决膜污染最有效的一种方法,传统的超滤膜亲水改性方法往往存在着工艺复杂、成本较高、易破坏膜的本体结构等缺点。表面自组装技术具有工艺简单、成本低廉的优点,在膜亲水改性领域具有重要的应用前景。
发明内容
针对现有方法制备的超滤膜亲水性和防污性差、工艺复杂等问题,本发明提供了一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法。该方法利用层层自组装技术,使两性离子聚砜聚合物在聚砜基膜表面自组装进而改性基膜,并且组装层较薄,可以获得较大通量和较好的截留性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、叔胺基聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备叔胺基聚砜共聚物,具体步骤如下:(1)在氮气保护下,将2.4~4.5g双酚A、0.5~1.5g 2,2-二甲基胺亚甲基-4,4-双酚A、6.5~8.5g 4,4’-二氟二苯砜、5~10g碳酸钾共同加入到80~120ml二甲基亚砜溶液中,加入50~100ml甲苯作为带水剂,在150~180℃温度下共聚12~24h;(2)反应结束后,将混合体系倒入去离子水中,析出;(3)蒸馏水清洗,200~250℃温度下真空干燥8~12 h,得到叔胺基聚砜聚合物;
步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备两性离子聚砜聚合物,具体步骤如下:(1)将300~400mg甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)与4.5~5.5g叔胺基聚砜聚合物共同溶于50~100ml氯仿混合液中,60~80℃加热搅拌反应18~24 h;(2)反应结束后旋转蒸干,得到两性离子聚砜聚合物;
步骤三、聚砜基膜的制备:利用浸没-沉淀相转化法制备聚砜基膜,具体步骤如下:(1)将2~4 g聚砜和0.6~1.6g聚乙二醇(PEG)加入到15~25g NMP溶液中,60 ℃下搅拌24~48 h;(2)在60 ℃恒温静置脱泡24~48 h;(3)将配制好的铸膜液倒在干净的玻璃板上,进行刮膜;(4)将刮完后得到的液膜在空气中停滞30~60 s,放入16~20 ℃超纯水凝固浴中固化成膜;(5)将从玻璃板上脱落下来的超滤膜放在超纯水中浸泡24 h以消除膜中残余的NMP溶剂;
步骤四:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液(二甲基乙酰胺和乙醇的体积比为3:1)中,配制成质量浓度为10~15%的两性离子聚砜聚合物溶液;
步骤五:将步骤三处理好的聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中6~12h,取出后去离子水清洗5~10次,通过自组装得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜;
步骤六:重复步骤五3~7次。
相比于现有技术,本发明具有如下优点:
1、本发明通过层层自组装技术,使两性离子聚砜聚合物改性聚砜基膜,通过对两性离子聚砜聚合物中两性离子含量的调控,可以实行聚砜基膜亲水性的调控。
2、本发明工艺简单,实用性强,解决了现有膜亲水改性方法繁琐、不适于工业化生产的难题,具有重要的应用前景。
3、本发明可以应用于水处理领域。
附图说明
图1为本发明两性离子聚砜聚合物的制备示意图;
图2为实施例1~3制备的自组装超滤膜的接触角变化曲线;
图3为实施例1~3制备的自组装超滤膜的蛋白吸附量变化曲线;
图4为实施例1制备的改性超滤膜的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1:
本实施例提供了一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,如图1所示,所述方法包括以下步骤:
步骤一: 叔胺基聚砜聚合物的制备:(1)在氮气保护下将3.08g双酚A、0.52g 2,2-二甲基胺亚甲基-4,4-双酚A、3.71g 4,4’-二氟二苯砜、5g碳酸钾共同加入到100ml二甲基亚砜溶液中共聚,加入50ml甲苯作为带水剂,180℃下反应12h;(2)反应结束后混合体系倒入去离子水中,析出;(3)蒸馏水清洗,过滤,220℃下真空干燥12 h。
步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:(1)将332mg甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)与4.6g叔胺基聚砜聚合物共同溶于氯仿混合液中,80℃下加热搅拌反应18h;(2)反应结束后旋转蒸干,得到两性离子聚砜聚合物。
步骤三、聚砜超滤膜的制备:利用浸没-沉淀相转化法制备基膜,具体步骤如下:(1)将3 g聚砜和1.0g聚乙二醇(PEG)加入到17gNMP溶液中,60 ℃下搅拌24 h;(2)在60 ℃恒温静置脱泡24 h;(3)将配制好的铸膜液倒在干净的玻璃板上,进行刮膜;(4)将刮完后得到液膜在空气中停滞30 s,放入20 ℃的超纯水凝固浴中固化成膜;(5)将从玻璃板上脱落下来的超滤膜放在超纯水中浸泡24 h以消除膜中残余的NMP溶剂。
步骤四:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液(体积比为3:1)中,配制成质量浓度为10%的两性离子聚砜溶液。
步骤五:将步骤三处理好的聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中6h,取出后去离子水清洗5次,通过自组装得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜。
步骤六:重复步骤五3次,即完成。
本实施例制备的超滤膜经3次涂覆后亲水防污效果明显降低,由图2和图3可知,改性膜的接触角由聚砜膜80.5°降低到65.8°,蛋白吸附量由28.8µg/cm2降低到了13.16 µg/cm2,改性膜展现出较好的亲水性和抗蛋白吸附效果。
本实施例制备的改性超滤膜的扫描电子显微镜图片如图4所示。由图4可以看出:超滤膜表面凸凹不平,组装上了一层聚合物层。
实施例2:
本实施例提供了一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一: 叔胺基聚砜聚合物的制备:(1)在氮气保护下,将3.86g双酚A、0.41g 2,2-二甲基胺亚甲基-4,4-双酚A、3.92g 4,4’-二氟二苯砜、6g碳酸钾共同加入到150ml二甲基亚砜溶液中共聚,加入80ml甲苯作为带水剂,200℃下反应18h;(2)结束后混合体系倒入去离子水中,析出;(3)蒸馏水清洗,250℃下真空干燥12 h。
步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:(1)将364mg甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)与5.2g叔胺基聚砜聚合物共同溶于氯仿混合液中,60℃下加热搅拌反应24h;(2)反应结束后旋转蒸干,得到两性离子聚砜聚合物。
步骤三、聚砜超滤膜的制备:利用浸没-沉淀相转化法制备基膜,具体步骤如下:(1)将3.5 g的聚砜和1.2g聚乙二醇(PEG)加入到18.5gNMP溶液中,60 ℃下搅拌36 h;(2)在60 ℃恒温静置脱泡24 h;(3)将配制好的铸膜液倒在干净的玻璃板上,进行刮膜;(4)将刮完后得到液膜在空气中停滞60 s,放入18 ℃的超纯水凝固浴中固化成膜;(5)将从玻璃板上脱落下来的超滤膜放在超纯水中浸泡24 h以消除膜中残余的NMP溶剂。
步骤四:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液(体积比为3:1)中,配制成质量浓度为13%的两性离子聚砜聚合物溶液。
步骤五:将步骤三处理好的聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中12h,取出后去离子水清洗5次,通过自组装得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜。
步骤六:重复步骤五5次,即完成。
本实施例制备的超滤膜经5次涂覆后亲水防污效果明显降低,由图2和图3可知,改性膜的接触角由聚砜膜80.5°降低到60.8°,蛋白吸附量由28.8µg/cm2降低到了10.33 µg/cm2,改性膜展现出较好的亲水性和抗蛋白吸附效果。
实施例3:
本实施例提供了一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一: 叔胺基聚砜聚合物的制备:(1)在氮气保护下,将4.02g双酚A、0.66g 2,2-二甲基胺亚甲基-4,4-双酚A、4.3g 4,4’-二氟二苯砜、8g碳酸钾共同加入到180ml二甲基亚砜溶液中共聚,加入90ml甲苯作为带水剂,220℃下反应22h;(2)结束后混合体系倒入去离子水中,析出;(3)蒸馏水清洗,250℃下真空干燥12 h。
步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:(将)283mg甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)与5.5g叔胺基聚砜聚合物共同溶于氯仿混合液中,80℃下加热搅拌反应24h;(2)反应结束后旋转蒸干,得到两性离子聚砜聚合物。
步骤三、聚砜超滤膜的制备:利用浸没-沉淀相转化法制备基膜,具体步骤如下:(1)将3.7 g的聚砜和1.3g聚乙二醇(PEG)加入到19.5gNMP溶液中,60 ℃下搅拌36 h;(2)在60 ℃恒温静置脱泡24 h;(3)将配制好的铸膜液倒在干净的玻璃板上,进行刮膜;(4)将刮完后得到液膜在空气中停滞60 s,放入18 ℃的超纯水凝固浴中固化成膜;(5)将从玻璃板上脱落下来的超滤膜放在超纯水中浸泡24 h以消除膜中残余的NMP溶剂。
步骤四:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液(体积比为3:1)中,配制成质量浓度为15%浓度的两性离子聚砜聚合物溶液。
步骤五:将步骤三处理好的聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中12h,取出后去离子水清洗7次,通过自组装得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜。
步骤六:重复步骤五7次,即完成。
本实施例制备的超滤膜经7次涂覆后亲水防污效果明显降低,由图2和图3可知,改性膜的接触角由聚砜膜80.5°降低到56.76°,蛋白吸附量由28.8µg/cm2降低到了7.32 µg/cm2,改性膜展现出较好的亲水性和抗蛋白吸附效果。
Claims (6)
1.一种层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:
步骤一、叔胺基聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备叔胺基聚砜共聚物;
步骤二、两性离子聚砜聚合物的制备:通过缩合聚合方法制备两性离子聚砜聚合物;
步骤三:将步骤二制备的两性离子聚砜聚合物溶于二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液中,配制成两性离子聚砜聚合物溶液;
步骤四:将聚砜基膜浸入两性离子聚砜聚合物溶液中6~12h,取出后去离子水清洗5~10次,通过自组装得到含有两性离子聚砜层的聚砜基膜;
步骤五:重复步骤四3~7次。
2.根据权利要求1所述的层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述叔胺基聚砜聚合物的具体制备方法如下:(1)在氮气保护下,将2.4~4.5g双酚A、0.5~1.5g 2,2-二甲基胺亚甲基-4,4-双酚A、6.5~8.5g 4,4’-二氟二苯砜、5~10g碳酸钾共同加入到80~120ml二甲基亚砜溶液中,加入50~100ml甲苯作为带水剂,在150~180℃温度下共聚12~24h;(2)反应结束后,将混合体系倒入去离子水中,析出;(3)蒸馏水清洗,200~250℃温度下真空干燥8~12 h,得到叔胺基聚砜聚合物。
3.根据权利要求1所述的层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述两性离子聚砜聚合物的具体制备方法如下:(1)将300~400mg SBMA与4.5~5.5g叔胺基聚砜聚合物共同溶于50~100ml氯仿混合液中,60~80℃加热搅拌反应18~24 h;(2)反应结束后旋转蒸干,得到两性离子聚砜聚合物。
4.根据权利要求1所述的层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述聚砜基膜的具体制备方法如下:(1)将2~4 g聚砜和0.6~1.6g PEG加入到15~25g NMP溶液中,60 ℃下搅拌24~48 h;(2)在60 ℃恒温静置脱泡24~48 h;(3)将配制好的铸膜液倒在干净的玻璃板上,进行刮膜;(4)将刮完后得到的液膜在空气中停滞30~60 s,放入16~20 ℃超纯水凝固浴中固化成膜;(5)将从玻璃板上脱落下来的超滤膜放在超纯水中浸泡24 h以消除膜中残余的NMP溶剂。
5.根据权利要求1所述的层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述二甲基乙酰胺和乙醇的体积比为3:1。
6.根据权利要求1所述的层层自组装技术改性超滤膜的制备方法,其特征在于所述两性离子聚砜聚合物溶液的质量浓度为10~15%。
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