CN115487676A - 一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌改性聚中空纤维超滤膜的制备方法,该方法先将1,2‑二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解后,再依次加入催化剂和氯甲基化试剂进行反应,然后倒入转化液中进行相转化,再用新的转化液进行洗涤,过滤并干燥后得到氯甲基化材料;氯甲基化材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中,过滤后真空脱泡得到铸膜液;铸膜液在凝固浴中进行相分离,得到圆筒状的中空纤维超滤膜;中空纤维超滤膜制备成组件与改性液进行反应,得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜。本发明的制备方法超滤膜,改性效果较好,制备的超滤膜具有良好的亲水性和抗菌性。

Description

一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,属于膜分离技术和材料制备交叉领域。
背景技术
膜法水处理相对于传统水处理技术,具有能耗低、工艺简单、运行稳定和出水水质高等优势,已经在水处理领域得到广泛应用。但是在膜组件长期运行或长期闲置过程中,由于水环境中存在大量的微生物,微生物会在膜表面附着、代谢、增长,从而在膜表面形成难以去除的生物膜,导致膜通量下降,系统运行成本提高。因此,开发具有抗菌功能的膜材料及膜组件成为目前抑制膜生物污染的主要途径之一。
目前主流的抗菌膜制备方法是在基膜表面接枝抗菌物质,常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、抗菌聚合物、金属离子等,但这些材料普遍存在着接枝方式复杂,且对环境有危害的缺陷。相比而言,季铵盐类抗菌剂具有抗菌效果好,环境友好等特点,目前水溶性的小分子或高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。然而,将季铵化合物直接接枝到膜表面所制备的抗菌膜仍存在制备流程复杂,成本较高等问题,这也使得目前开发的大部分季铵盐功能膜无法大规模应用于实际水处理系统。因此,为解决以上问题,开发新型亲水抗菌功膜的制备方法是目前业内所亟需的。
发明内容
本发明的目的是为了解决膜法水处理系统中的膜生物污染的问题,提出一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,即将氯甲基化聚合物制备为中空纤维多孔膜,并制作为管壳式膜组件,之后采用过滤操作模式直接将叔胺化合物接枝到组件中的中空纤维膜丝上,从而制备出具有优良抗菌性能的季铵化功能膜组件。该制备方法简单便捷,且接枝稳定性高,适合长期大规模应用于实际膜法水处理体系中。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明的一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,具体制备步骤如下:
1)40~60℃下,按照每1g聚合物对应5~50mL 1,2-二氯乙烷的比例关系,将1,2-二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3~6h,得到溶液1,其中搅拌速率为600~1500rpm;
2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂,25~65℃下反应0.5~48h得到溶液2;
所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯砜、聚砜酰胺、芳香聚酰胺;
所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡;
所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚;
所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1:0.1~10:0.5~100;
3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1~24h,之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤,过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料;
所述转化液为乙醇;所述溶液2与转化液的体积比为1:2~10;
4)在20~80℃条件下,将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于有机溶剂中,过滤后在0.05~0.1MPa的真空度下脱泡得到铸膜液;
所述聚乙二醇选用分子量为200~10000的聚乙二醇;
所述聚乙烯吡咯烷酮选用K值为25~90的聚乙烯吡咯烷酮,
所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种;
所述铸膜液中各组分的质量百分比如下:氯甲基化聚合材料为13%~22%,制孔剂为4%~10%、聚乙烯吡咯烷酮为4%~10%,余量为有机溶剂;
5)将步骤4)得到的铸膜液在氮气压力下通过喷丝头挤出至20~60℃的凝固浴中进行相分离,直至固化成膜,用水洗涤后得到圆筒状的中空纤维超滤膜;
所述凝固浴为去离子水或乙醇;
6)将步骤5)得到的中空纤维膜置于20~70℃的改性液中浸泡5h以上,得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜;
所述改性液为质量浓度为1%~20%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液。
为提高中空纤维超滤膜的改性效果,将步骤5)得到的中空纤维膜置于20~70℃的改性液中采用外压错流法或内压错流法进行循环处理,得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜,其中,外压错流法或内压错流法的处理压力为0.1~0.5MPa,循环处理的时间为0.5~10h。
所述的外压错流法采用改性装置来实现的,该改性装置包括中空纤维膜组件、带加热设备的改性液存储容器、回收桶和循环泵;
所述中空纤维膜组件包括封装壳体,以及平行固定在所述封装壳体内腔的下封装盘和上封装盘;所述上封装盘和下封装盘上分别设有相互对应安装孔,所述封装壳体的下端侧壁开有进液口,且所述进液口位于所述下封装盘固定位置的上方,所述封装壳体的上端侧壁开有第一出液口,壳体上端开有第二出液口,下端开有第三出液口,所述第一出液口位于上封装盘固定位置的下方;
所述中空纤维膜组件的进液口通过进液管路与所述改性液存储容器出液口相连,且在该进液管路上设有循环泵;所述中空纤维膜组件的第一出液口通过出液管路与所述改性液存储容器进液口相连,且在所述第一出液口处设置有调节阀门;所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口与所述回收桶通过回收管路相连,所述中空纤维膜组件的进液口处设置有压力表;
所述下封装盘和所述上封装盘之间通过连接柱支撑固定;
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤5)得到的中空纤维超滤膜的两端分别插接在所述上封装盘和下封装盘的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器将改性液加热至20~70℃;
c)保持所述中空纤维膜组件第一出液口处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件的第一出液口有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件第一出液口处的调节阀门使压力表的压力达到0.1~0.5MPa,所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器内;
e)保持改性液在所述改性容器循环流动0.5~10h,得到改性后的中空纤维超滤膜。
有益效果
1.本发明所选取的改性化合物是一种叔胺化合物,成本较低。聚合物进行氯甲基化之后带有氯甲基基团,叔胺化合物通过与氯甲基基团反应生成季铵基团,从而使膜表面具有抗菌性能。相较于直接接枝季铵盐来制备季铵化功能抗菌膜的方法,本发明所采用的接枝叔胺化合物从而季铵化膜表面的方法具有原料简单易得,成本低,制备的抗菌膜稳定性较高,表面季铵基团不易流失等诸多优点。
2.本发明操作流程简单,不需要通过共混、涂敷或者等离子体辐射等手段,也不需要在高温条件下进行反应,无需特殊改性条件,且改性时间较短,改性效果较好,制备的抗菌膜具有良好的亲水性和抗菌性,对大肠杆菌等微生物具有良好杀灭作用,因此本发明所提供的方法更容易工业化实施。
附图说明
图1为本发明制备发明应用的改性装置图;
图2为本发明制备发明应用的中空纤维膜组件结构图;
图3为各实施例和对比例进行膜污染测试比通量随时间的变化曲线图;
图中,1-中空纤维膜组件;2-改性液存储容器;3-进液口;4-第一出液口;5-第二出液口;6-调节阀;7-回收桶;8-下封装盘;9-上封装盘;10-连接柱;11-封装壳体;12-中空纤维膜;13-第三出液口;14-压力表;15-循环泵。
具体实施方式
下面根据本发明提供的实施方式,对抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法进行详细说明。
实施例1
(1)聚合物的氯甲基化
在圆底烧瓶中倒入500mL 1,2-二氯乙烷,称取10g聚砜放入其中,在60℃下搅拌至完全溶解;而后加入2g氯化锌作催化剂,搅拌30min;缓慢加入15mL CMME,反应2h(通过反应时间来控制氯甲基化度);将反应后的溶液降至室温,缓慢倒入两个分别装有1L无水乙醇的烧杯中进行相转化(快速搅拌),相转化持续24h;对相转化之后的溶液用无水乙醇洗涤3次,每次均需搅拌30min;洗涤结束后采用抽滤的方式将溶出物抽至纸板上倒入玻璃皿内60℃进行烘干(约12h),放入封装袋内备用。
(2)中空纤维膜的制备
称取10g氯甲基化聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚合物浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(3)中空纤维膜的改性
将N,N-二甲基乙醇胺配置成9%浓度的水溶液,加热并保持在温度为50℃,将得到的中空纤维膜浸泡在内进行改性,改性时间为5h。
实施例2
(1)聚合物的氯甲基化
在圆底烧瓶中倒入500mL 1,2-二氯乙烷,称取10g聚砜放入其中,在60℃下搅拌至完全溶解;而后加入2g氯化锌作催化剂,搅拌30min;缓慢加入15mL CMME,反应1.2h(通过反应时间来控制氯甲基化度);将反应后的溶液降至室温,缓慢倒入两个分别装有1L无水乙醇的烧杯中进行相转化(快速搅拌),相转化持续24h;对相转化之后的溶液用无水乙醇洗涤3次,每次均需搅拌30min;洗涤结束后采用抽滤的方式将溶出物抽至纸板上倒入玻璃皿内60℃进行烘干(约12h),放入封装袋内备用。
(2)中空纤维膜的制备
称取10g氯甲基化聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚合物浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(3)中空纤维膜的改性
将步骤2)得到的中空纤维膜采用外压错流法进行改性,所述的外压错流法采用改性装置来实现的,该改性装置如图1所示,包括中空纤维膜组件1、带加热设备的改性液存储容器2、回收桶7和循环泵15;
所述中空纤维膜组件1包括封装壳体11,以及平行固定在所述封装壳体内腔的下封装盘8和上封装盘9,封装盘之间的连接柱10;所述上封装盘9和下封装盘8上分别设有相互对应安装孔,所述封装壳体的下端侧壁开有进液口3,且所述进液口位于所述下封装盘8固定位置的上方,所述封装壳体的上端侧壁开有第一出液口4,壳体上端开有第二出液口5,下端开有第三出液口13,所述第一出液口4位于上封装盘9固定位置的下方;
所述中空纤维膜组件1的进液口3通过进液管路与所述改性液存储容器2出液口相连,且在该进液管路上设有循环泵15;所述中空纤维膜组件1的第一出液口4通过出液管路与所述改性液存储容器2进液口相连,且在所述第一出液口4处设置有调节阀门;所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13与所述回收桶通过回收管路相连。
所述下封装盘8和所述上封装盘9之间通过连接柱10支撑固定。
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤2)得到的中空纤维超滤膜12的两端分别插接在所述上封装盘9和下封装盘8的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器2将质量浓度为9%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液加热至50℃;
c)保持所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵15将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件1的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件1的第一出液口4有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门6使压力表14的压力达到0.2MPa,所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口4及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器5内;
e)保持改性液在所述改性容器1循环流动5h,得到改性后的中空纤维超滤膜。
实施例3
(1)聚合物的氯甲基化
在圆底烧瓶中倒入500mL 1,2-二氯乙烷,称取10g聚砜放入其中,在60℃下搅拌至完全溶解;而后加入2g氯化锌作催化剂,搅拌30min;缓慢加入15mL CMME,反应1.6h(通过反应时间来控制氯甲基化度);将反应后的溶液降至室温,缓慢倒入两个分别装有1L无水乙醇的烧杯中进行相转化(快速搅拌),相转化持续24h;对相转化之后的溶液用无水乙醇洗涤3次,每次均需搅拌30min;洗涤结束后采用抽滤的方式将溶出物抽至纸板上倒入玻璃皿内60℃进行烘干(约12h),放入封装袋内备用。
(2)中空纤维膜的制备
称取10g氯甲基化聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚合物浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(3)中空纤维膜的改性
将步骤2)得到的中空纤维膜采用外压错流法进行改性,所述的外压错流法采用与实施例2相同的改性装置来实现的。
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤2)得到的中空纤维超滤膜12的两端分别插接在所述上封装盘9和下封装盘8的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器2将质量浓度为9%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液加热至50℃;
c)保持所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵15将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件1的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件1的第一出液口4有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门6使压力表14的压力达到0.2MPa,所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口4及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器5内;
e)保持改性液在所述改性容器1循环流动5h,得到改性后的中空纤维超滤膜;
实施例4
(1)聚合物的氯甲基化
在圆底烧瓶中倒入500mL 1,2-二氯乙烷,称取10g聚砜放入其中,在60℃下搅拌至完全溶解;而后加入2g氯化锌作催化剂,搅拌30min;缓慢加入15mL CMME,反应2h(通过反应时间来控制氯甲基化度);将反应后的溶液降至室温,缓慢倒入两个分别装有1L无水乙醇的烧杯中进行相转化(快速搅拌),相转化持续24h;对相转化之后的溶液用无水乙醇洗涤3次,每次均需搅拌30min;洗涤结束后采用抽滤的方式将溶出物抽至纸板上倒入玻璃皿内60℃进行烘干(约12h),放入封装袋内备用。
(2)中空纤维膜的制备
称取10g氯甲基化聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚合物浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(3)中空纤维膜的改性
将步骤2)得到的中空纤维膜采用外压错流法进行改性,所述的外压错流法采用与实施例2相同的改性装置来实现的。
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤2)得到的中空纤维超滤膜12的两端分别插接在所述上封装盘9和下封装盘8的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器2将质量浓度为9%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液加热至50℃;
c)保持所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵15将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件1的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件1的第一出液口4有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门6使压力表14的压力达到0.2MPa,所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口4及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器5内;
e)保持改性液在所述改性容器1循环流动5h,得到改性后的中空纤维超滤膜;
对比例1
(1)中空纤维膜的制备
称取10g纯聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚砜浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(2)中空纤维膜的改性
将步骤1)得到的中空纤维膜采用外压错流法进行改性,所述的外压错流法采用与实施例2相同的改性装置来实现的。
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤1)得到的中空纤维超滤膜12的两端分别插接在所述上封装盘9和下封装盘8的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器2将质量浓度为9%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液加热至50℃;
c)保持所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵15将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件1的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件1的第一出液口4有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门6使压力表14的压力达到0.2MPa,所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口4及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器5内;
e)保持改性液在所述改性容器1循环流动5h,得到改性后的中空纤维超滤膜;
对比例2
(1)聚合物的氯甲基化
在圆底烧瓶中倒入500mL 1,2-二氯乙烷,称取10g聚砜放入其中,在60℃下搅拌至完全溶解;而后加入2g氯化锌作催化剂,搅拌30min;缓慢加入15mL CMME,反应2h(通过反应时间来控制氯甲基化度);将反应后的溶液降至室温,缓慢倒入两个分别装有1L无水乙醇的烧杯中进行相转化(快速搅拌),相转化持续24h;对相转化之后的溶液用无水乙醇洗涤3次,每次均需搅拌30min;洗涤结束后采用抽滤的方式将溶出物抽至纸板上倒入玻璃皿内60℃进行烘干(约12h),放入封装袋内备用。
(2)中空纤维膜的制备
称取10g氯甲基化聚砜材料至烧瓶内,加入PEG-600、PVP-K30和DMF,搅拌至完全溶解,用滤布进行过滤后40℃真空脱泡24h;得到均一透明的铸膜液。将铸膜液从双环状结构的中空纤维纺丝喷嘴的外管挤出至水的凝固浴中,另外,将水作为芯液由喷嘴的内管挤出至水的凝固浴中。由此通过干湿式纺丝制备中空纤维膜。之后,将制备的中空纤维膜在去离子水中进行洗涤,持续12h,干燥后得到成品中空纤维膜。
PEG-600和PVP-K30的浓度均为5%,聚合物浓度为20%,凝固浴温度为30℃。
(3)中空纤维膜的改性
将步骤2)得到的中空纤维膜采用外压错流法进行改性,所述的外压错流法采用与实施例2相同的改性装置来实现的。
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤2)得到的中空纤维超滤膜12的两端分别插接在所述上封装盘9和下封装盘8的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器2将质量浓度为7%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液加热至50℃;
c)保持所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵15将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件1的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件1的第一出液口4有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件1第一出液口4处的调节阀门6使压力表14的压力达到0.2MPa,所述中空纤维膜组件1的第二出液口5和第三出液口13有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口4及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器5内;
e)保持改性液在所述改性容器1循环流动5h,得到改性后的中空纤维超滤膜;
性能测试
将各实施例及对比例得到改性后的中空纤维超滤膜进行如下性能测试:
1.水通量测试
在恒压(外压)错流膜过滤装置内进行通量测试,测试压力为0.1MPa,进料液为去离子水,测试结果见表1。
2.孔径测试
采用泡压法孔径测试仪测试所制备的抗菌聚合超滤膜的孔径,测试结果见表1。
3.抗菌性测试
采用大肠杆菌作为指示菌运用平板计数法进行了抗菌性能测试。测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003830661730000121
Figure BDA0003830661730000131
从表1的数据可以看出,本发明得到的实施例抗菌中空纤维膜属于超滤膜,并且亲水性和抗菌性得到了很大提高,尤其是实施例4得到的膜,具有优异的亲水性和抗菌性。
4.膜污染测试
采用浓度为106CFU/mL的大肠杆菌溶液作为进料液,采用恒压(外压)错流装置在压力为1bar、温度为25℃条件下对制备的抗菌中空纤维超滤膜进行了膜污染实验,实验结果如图3所示。可以看出,实施例4得出的膜在连续运行一段时间后仍然能够保持较高的通量。

Claims (4)

1.一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,其特征是具体制备步骤如下:
1)40~60℃下,按照每1g聚合物对应5~50mL 1,2-二氯乙烷的比例关系,将1,2-二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3~6h,得到溶液1,其中搅拌速率为600~1500rpm;
2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂,25~65℃下反应0.5~48h得到溶液2;
所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯砜、聚砜酰胺、芳香聚酰胺;
所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡;
所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚;
所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1:0.1~10:0.5~100;
3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1~24h,之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤,过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料;
所述转化液为乙醇;所述溶液2与转化液的体积比为1:2~10;
4)在20~80℃条件下,将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于有机溶剂中,过滤后在0.05~0.1MPa的真空度下脱泡得到铸膜液;
所述聚乙二醇选用分子量为200~10000的聚乙二醇;
所述聚乙烯吡咯烷酮选用K值为25~90的聚乙烯吡咯烷酮,
所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种;
所述铸膜液中各组分的质量百分比如下:氯甲基化聚合材料为13%~22%,制孔剂为4%~10%、聚乙烯吡咯烷酮为4%~10%,余量为有机溶剂;
5)将步骤4)得到的铸膜液在氮气压力下通过喷丝头挤出至20~60℃的凝固浴中进行相分离,直至固化成膜,用水洗涤后得到圆筒状的中空纤维超滤膜;
所述凝固浴为去离子水或乙醇;
6)将步骤5)得到的中空纤维超滤膜置于20~70℃的改性液中浸泡5h以上,得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜;
所述改性液为质量浓度为1%~20%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液。
2.一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,其特征是具体制备步骤如下:
1)40~60℃下,按照每1g聚合物对应5~50mL 1,2-二氯乙烷的比例关系,将1,2-二氯乙烷加入聚合物中搅拌溶解3~6h,得到溶液1,其中搅拌速率为600~1500rpm;
2)向步骤1)得到的溶液1依次加入催化剂和氯甲基化试剂,25~65℃下反应0.5~48h得到溶液2;
所述的催化剂为氯化锌、氯化铝或三氯化锡;
所述氯甲基化试剂为氯甲基甲基醚(CMME)、氯甲基乙基醚或氯甲基辛基醚;
所述聚合物、催化剂和氯甲基化试剂的摩尔比为1:0.1~10:0.5~100;
3)将步骤2)得到的溶液2倒入转化液中进行相转化1~24h,之后再用新的转化液对相转化后的白色聚合物进行洗涤,过滤并干燥后得到氯甲基化聚合材料;
所述转化液为乙醇;所述溶液2与转化液的体积比为1:2~10;
4)在20~80℃条件下,将步骤3)得到的氯甲基化聚合材料与制孔剂聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于有机溶剂中,过滤后在0.05~0.1MPa的真空度下脱泡得到铸膜液;
所述聚乙二醇选用分子量为200~10000的聚乙二醇;
所述聚乙烯吡咯烷酮选用K值为25~90的聚乙烯吡咯烷酮,
所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种;
所述铸膜液中各组分的质量百分比如下:氯甲基化聚合材料为13%~22%,制孔剂为4%~10%、聚乙烯吡咯烷酮为4%~10%,余量为有机溶剂;
5)将步骤4)得到的铸膜液在氮气压力下通过喷丝头挤出至20~60℃的凝固浴中进行相分离,直至固化成膜,用水洗涤后得到圆筒状的中空纤维超滤膜;
所述凝固浴为去离子水或乙醇;
6)将步骤5)得到的中空纤维膜置于20~70℃的改性液中采用外压错流法或内压错流法进行循环处理,得到抗菌改性后的中空纤维超滤膜;其中,外压错流法或内压错流法的处理压力为0.1~0.5MPa,循环处理的时间为0.5~10h;
所述改性液为质量浓度为1%~20%的N,N-二甲基乙醇胺水溶液。
3.如权利要求2所述的一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,其特征是:所述的外压错流法采用改性装置来实现的,该改性装置包括中空纤维膜组件、带加热设备的改性液存储容器、回收桶和循环泵;
所述中空纤维膜组件包括封装壳体,以及平行固定在所述封装壳体内腔的下封装盘和上封装盘;所述上封装盘和下封装盘上分别设有相互对应安装孔,所述封装壳体的下端侧壁开有进液口,且所述进液口位于所述下封装盘固定位置的上方,所述封装壳体的上端侧壁开有第一出液口,壳体上端开有第二出液口,下端开有第三出液口,所述第一出液口位于上封装盘固定位置的下方;
所述中空纤维膜组件的进液口通过进液管路与所述改性液存储容器出液口相连,且在该进液管路上设有循环泵;所述中空纤维膜组件的第一出液口通过出液管路与所述改性液存储容器进液口相连,且在所述第一出液口处设置有调节阀门;所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口与所述回收桶通过回收管路相连,所述中空纤维膜组件的进液口处设置有压力表;
所述外压错流法的具体步骤为:
a)将所述步骤5)得到的中空纤维超滤膜的两端分别插接在所述上封装盘和下封装盘的安装孔内,并通过树脂固定;
b)通过所述带加热设备的改性液存储容器将改性液加热至20~70℃;
c)保持所述中空纤维膜组件第一出液口处的调节阀门全开状态,通过所述循环泵将加热后的改性液注入所述中空纤维膜组件的内腔;
d)当所述中空纤维膜组件的第一出液口有液体流出时,调节所述中空纤维膜组件第一出液口处的调节阀门使压力表的压力达到0.1~0.5MPa,所述中空纤维膜组件的第二出液口和第三出液口有透过中空纤维膜的改性液流出,未透过中空纤维膜的改性液通过第一出液口及出液管路回流至所述带加热设备的改性液存储容器内;
e)保持改性液在所述改性容器循环流动0.5~10h,得到改性后的中空纤维超滤膜。
4.如权利要求3所述的一种抗菌改性中空纤维超滤膜的制备方法,其特征是:所述下封装盘和所述上封装盘之间通过连接柱支撑固定。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1049507A (zh) * 1990-10-10 1991-02-27 中国科学院生态环境研究中心 氯甲基化季胺化聚砜中空纤维制备
WO2009089355A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Indiana University Research And Technology Corpor Ation Anion exchange membranes
CN104248913A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 中国石油化工股份有限公司 一种聚烯烃中空纤维超滤膜亲水化改性的方法
CN106902643A (zh) * 2017-03-30 2017-06-30 哈尔滨工业大学 强疏水性聚丙烯中空纤维膜的制备方法及其应用
CN108579803A (zh) * 2018-03-27 2018-09-28 北京理工大学 一种负载离子液体聚合物多孔微球的制备方法
CN109233281A (zh) * 2018-09-25 2019-01-18 太仓弘潞新材料有限公司 一种碱性季胺聚砜膜的制备方法
CN110508167A (zh) * 2019-08-13 2019-11-29 南开大学 一种均相阴离子交换膜的制备方法
CN113041850A (zh) * 2021-04-07 2021-06-29 福州大学 一种用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1049507A (zh) * 1990-10-10 1991-02-27 中国科学院生态环境研究中心 氯甲基化季胺化聚砜中空纤维制备
WO2009089355A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Indiana University Research And Technology Corpor Ation Anion exchange membranes
CN104248913A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 中国石油化工股份有限公司 一种聚烯烃中空纤维超滤膜亲水化改性的方法
CN106902643A (zh) * 2017-03-30 2017-06-30 哈尔滨工业大学 强疏水性聚丙烯中空纤维膜的制备方法及其应用
CN108579803A (zh) * 2018-03-27 2018-09-28 北京理工大学 一种负载离子液体聚合物多孔微球的制备方法
CN109233281A (zh) * 2018-09-25 2019-01-18 太仓弘潞新材料有限公司 一种碱性季胺聚砜膜的制备方法
CN110508167A (zh) * 2019-08-13 2019-11-29 南开大学 一种均相阴离子交换膜的制备方法
CN113041850A (zh) * 2021-04-07 2021-06-29 福州大学 一种用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟娜 著: "《聚合物/氧化石墨烯纳米复合膜制备及其分离性能研究》", 中国矿业大学出版社, pages: 8 *

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