[发明专利]一种高水通量嵌段共聚物均孔超滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高水通量嵌段共聚物均孔超滤膜膜的制备方法，属于多孔材料分离膜领域。通过掺杂一定比例的小分子聚合物聚乙二醇与嵌段共聚物的氢键络合，不仅极大地提高了膜的水通量，而且具有非常优异的蛋白质截留效率。

技术领域

本发明属于多孔材料分离膜技术领域，具体涉及一种以基于氢键络合与嵌段共聚物自组装与非溶剂诱导相分离相结合的多孔膜的制备方法，即一种高效截留蛋白质并具有极大水通量的嵌段共聚物自组装膜的制备方法。

背景技术

随着能源、水资源、环保问题的日益严峻，膜科学与技术获得了越来越多的重视。膜科学技术是一门多学科交叉的新兴技术。近年来，在各学科发展和相互渗透的基础上，膜科学有了迅速的发展，已成为化学及化学工程学科发展新的增长点，亦是当代高新技术发展的重点。膜分离技术是指用人工合成或天然的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质或溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，主要有微滤、超滤、纳滤和反渗透。作为当代新型高效分离技术，膜分离技术具有投资低、能耗低、建设周期短、对环境影响小等特点，并成为解决人类资源和环境问题的重要手段，在海水淡化、废水处理与回收、物质的分离与提纯等众多领域应用前景广泛。然而，制膜过程中存在能耗大，原料昂贵，分离效率低等问题。因此，通过简单易行的方法制备孔隙率大，孔径分布窄，低能耗，高效率的膜具有重要意义。如何能通过简单、易重复操作来制备出高性能优异膜成为关注的重点，膜的制备影响因素有很多，因此通过合适的方法制备出孔径分布窄，分离精度高的膜，以及使膜具备多功能化有重要的意义。

目前，制备有序均孔聚合物薄膜的方法主要是相分离法，根据原理与过程的不同可以分为：非溶剂诱导相分离(NIPS)、热致相分离(TIPS)、溶剂挥发诱导相分离(SIPS)、蒸汽挥发诱导相分离(VIPS)。非溶剂诱导相分离的方法是是最为常见的聚合物分离膜的制备方法，2007年由德国GKSS研究中心的Klaus-Viktor Peinemann教授课题组提出。主要过程是将聚合物溶液刮涂在玻璃板上，控制溶剂在空气中的挥发时间，再将玻璃板浸入非溶剂水中，聚合物发生相转化，最终获得表层为均孔结构、下层为无序“海绵”状结构的不对称膜。本发明中掺杂的聚乙二醇聚合物继续延用这种易操作的方法，由于聚乙二醇具有良好的水混溶性和聚合物相容性，因此可以很好的控制流延工艺、薄膜形态和孔结构，具体表现在水通量极大地提高和非常优异的蛋白质截留效率上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过掺杂低分子量聚合物与嵌段共聚物以氢键络合制膜法，将嵌段共聚物自组装与非溶剂诱导相分离的方法相结合制备不对称多孔膜，通过在掺杂不同分子量的聚乙二醇调节膜的截面形貌，极大地提高了水通量的同时又增加了蛋白质截留率，并且掺杂低分子量聚合物PEG后的嵌段共聚物膜能够极大地削弱涂膜过程中溶剂挥发时间对形貌的影响。

本发明的技术方案为：一种高水通量高截留效率嵌段共聚物均孔膜的制备方法，具体步骤如下：

(a)将嵌段共聚物和小分子聚合物溶解在1,4-二氧六环(DOX)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮(acetone)的混合溶剂中，配制嵌段共聚物溶液；嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成，其构型为A-B,其中嵌段A是聚苯乙烯(PS)，嵌段B是聚4-乙烯基吡啶(P4VP)，所述小分子聚合物为聚乙二醇(PEG)；所述1,4-二氧六环(DOX)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮(acetone)的质量比为6:4:3；

(b)将步骤a中配制好的嵌段共聚物溶液均匀的涂在有机玻璃表面并在空气中放置一段时间使溶剂挥发；

(c)将已经涂有嵌段共聚物溶液的玻璃置于去离子水中，并保持一段时间，过程中溶剂-非溶剂交换诱导相分离成膜；

(d)将经过步骤c处理后的膜片从基底上剥离并自然晾干，即得到以具有非对称的孔道结构的嵌段共聚物多孔膜；

所述步骤a中嵌段共聚物的质量百分浓度为13％；