CN115646196A - 一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法 - Google Patents
一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于过滤膜制备技术领域，特别涉及一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法。将羧甲基壳聚糖与氨基化聚醚砜接枝，以非共价键包裹在MWCNT上，制备两亲性接枝聚合物。对MWCNT/PES‑g‑CMC共混膜的亲水性、渗透性和防污性能进行了评价，结果表明改性后的膜具有良好的防污性能和高渗透性，具有实际应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于过滤膜制备技术领域，特别涉及一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法。
背景技术
在众多的膜分离技术中，超滤(UF)因其去除胶体和大分子的能力而被认为是一种有效的水处理方法。但受膜聚合物底物疏水性强的限制，会导致膜的污染和通透性降低，从而导致膜的可重用性显著降低。因此，为满足膜的防污性和渗透性要求，迫切需要对膜进行改性的新策略。采用多种方法对膜进行修饰，包括表面涂布、与亲水性聚合物共混、等离子体处理或UV引发的亲水性官能团接枝。尽管这些方法产生了一定的改性效果，但这些技术的使用存在许多局限性，包括亲水性改性材料在有机铸造溶液中的溶解度差，长期使用的改性材料由于与聚合物膜相容性差，不可避免地会被洗脱，反应条件严格。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜的制备方法。
本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜的制备方法，包括以下步骤：
将羧甲基壳聚糖(CMC)与多壁碳纳米管(MWCNT)混合搅拌得到MWCNT/CMC；
在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中加入PES-NH2和MWCNT/CMC，在加热条件下进行酰胺化反应，得到MWCNT/PES-g-CMC；
将聚醚砜、MWCNT/PES-g-CMC和聚乙烯吡咯烷酮溶于DMAc，然后浇注于基体上，浸泡在水中得到两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜。
优选地，所述羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管的质量比为1～5：1，优选为2～4：1。
优选地，所述羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管在50～70℃下进行搅拌，搅拌时间优选为4～10h。
优选地，所述述羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管在水中混合，羧甲基壳聚糖与水的质量体积比为0.5～3g：50ml。
优选地，所述PES-NH2和MWCNT/CMC的质量比为0.5～3：0.5～3，更优选为1：1～3。
优选地，所述PES-NH2与DMAc的质量体积比为1g：5～15ml，优选为1g：8～12ml。
优选地，所述酰胺化反应的反应温度为50～70℃，反应时间为1～5h。
优选地，所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮和MWCNT/PES-g-CMC的质量比为18：2：0.2～1.5，更优先为18：2：0.45～0.85。
优选地，所述MWCNT/PES-g-CMC与DMAc的质量比为0.2～1.5：100。
优选地，所述PES-NH2通过以下方法制备得到：
(1)将HNO3与H2SO4的混合溶液与聚醚砜混合搅拌，得到PES-NO2；
(2)将PES-NO2溶于DMSO中，加入还原剂Na2S2O4，反应后得到氨基化聚醚砜(PES-NH2)。
步骤(2)中PES-NO2与Na2S2O4的质量比为3～6：45～60；
步骤(2)中PES-NO2与DMSO的质量体积比为1g：5～15ml；
步骤(2)中反应温度为70～90℃，反应时间为3～8h。
一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜，通过上述方法制备得到。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
本发明提供了一种两亲性接枝聚合物(MWCNT/PES-g-CMC)，制备防污高渗透膜的方法。将羧甲基壳聚糖(CMC)与氨基化聚醚砜(PES-NH2)接枝，以非共价键包裹在MWCNT上，制备两亲性接枝聚合物。对MWCNT/PES-g-CMC共混膜的亲水性、渗透性和防污性能进行了评价，结果表明改性后的膜具有良好的防污性能和高渗透性，具有实际应用潜力。
附图说明
图1为MWCNT/PES-g-CMC改性膜的截面电镜图(a×1000，b×5000，c×8000)
图2为添加不同质量分数两亲性聚合物所得改性膜的时间变化通量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
实施例1
一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法，其包含如下步骤：
(1)收HNO3(160ml)和H2SO4(40ml)在500ml圆底烧瓶中混合。混合液冷却后，慢慢加入聚醚砜原料，在25℃下搅拌2h，将产物用去离子水洗涤多次，得到产物a(PES-NO2)。
(2)将3gPES-NO2在50℃真空箱中干燥24h，然后溶于DMSO(60ml)中，加入还原剂Na2S2O4(52g)，在80℃下搅拌5h，最后将混合物沉淀在去离子水中，经50℃真空箱干燥24h，得到产物b(PES-NH2)。
(3)将3g羧甲基壳聚糖(CMC)与1g多壁碳纳米管(MWCNT)加入到150ml水中在60℃下搅拌6h后，得到CMC包裹的MWCNT为产物c(MWCNT/CMC)。
(4)在10ml DMAc中添加1g产物b和1g产物c，在加热条件下进行酰胺化反应，反应3h后的，通过去离子水洗涤并浸出合成产物MWCNT/PES-g-CMC为产物d。
(5)以聚醚砜(PES)、产物d和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料，在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中溶解8h得到铸造液(PES 18wt％、PVP 2wt％、产物d分别为0.25wt％、0.5wt％、0.75wt％和1.0wt％)。铸造液在80℃脱气6h后，用刮刀将铸造液浇注在玻璃板上，浸泡在去离子水中，得到亲水性聚醚砜超滤膜。
表.1不同质量分数MWCNT/PES-g-CMC改性膜的纯水通量和接触角
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管混合搅拌得到MWCNT/CMC；
在二甲基乙酰胺中加入PES-NH2和MWCNT/CMC，在加热条件下进行酰胺化反应，得到MWCNT/PES-g-CMC；
将聚醚砜、MWCNT/PES-g-CMC和聚乙烯吡咯烷酮溶于DMAc，然后浇注于基体上，浸泡在水中得到两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管的质量比为1～5：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖与多壁碳纳米管在50～70℃下进行搅拌，搅拌时间为4～10h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述PES-NH2和MWCNT/CMC的质量比为0.5～3：0.5～3；所述PES-NH2与DMAc的质量体积比为1g：5～15ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述酰胺化反应的反应温度为50～70℃，反应时间为1～5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮和MWCNT/PES-g-CMC的质量比为18：2：0.2～1.5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述MWCNT/PES-g-CMC与DMAc的质量比为0.2～1.5：100。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述PES-NH2通过以下方法制备得到：
(1)将HNO3与H2SO4的混合溶液与聚醚砜混合搅拌，得到PES-NO2；
(2)将PES-NO2溶于DMSO中，加入还原剂Na2S2O4，反应后得到氨基化聚醚砜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(2)中PES-NO2与Na2S2O4的质量比为3～6：45～60；
步骤(2)中PES-NO2与DMSO的质量体积比为1g：5～15ml；
步骤(2)中反应温度为70～90℃，反应时间为3～8h。
10.一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜，通过权利要求1～9任一项所述方法制备得到。
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| CN202211299667.7A CN115646196A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种两亲性接枝聚合物亲水改性的聚合物超滤膜及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117815911A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 中山大学 | 一种两亲性超滤膜及其制备方法和应用 |
| CN117815911B (zh) * | 2024-03-04 | 2024-05-17 | 中山大学 | 一种两亲性超滤膜及其制备方法和应用 |
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