[发明专利]一种功能化纤维素改性疏水型高分子微滤膜的方法

说明书

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种功能化纤维素改性高分子疏水微滤膜的方法，其具体步骤如下：首先采用酶催化法制备具有抗菌功能的纤维素低聚物，用热的三氟乙酸溶液溶解纤维素得到抗菌纤维素溶液；将高分子疏水微滤膜浸泡于抗菌纤维素溶液中，取出后进行真空干燥，得到抗菌纤维素均匀涂覆的改性微滤膜。改性后的微滤膜具有高水通量、抗蛋白质污染、抗菌和抗细菌黏附性能，改性效果显著；并且制备方法高效、环保、操作简易，因此在水处理方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种疏水型型高分子微滤膜的亲水改性技术，具体涉及使用功能化酶法纤维素低聚物对疏水型高分子微滤膜进行亲水改性，以制备具有高水通量、抗蛋白污染、抗菌性能和抗细菌黏附性能的亲水型微滤膜。

背景技术

由于日益严重的能源和环境问题，发展新型和更节能的水净化膜已成为了一项重要的任务。高分子滤膜(例如：聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)等)由于其优异的热稳定性、化学稳定性、耐溶剂/抗氧化性和极强的成膜能力而被认为是一种理想的膜材料。孔径范围为0.1至10μm的微滤膜对压力的要求较低，因此有望实现简单、低成本和有效的水处理。然而，高分子微滤膜的高疏水性使得它们在过滤过程中容易受到污染，尤其是有机污染和生物污染。生活污水和工业废水中含有大量有机物和细菌，有机物在膜孔内的吸附和细菌在膜表面的生长繁殖不仅严重影响过滤后水质的安全，还会在膜孔表面积累，导致膜的过滤效率下降、使用寿命缩短和清洗频率增加，从而增加成本。因此，开发一种兼备抵抗有机物污染和微生物污染的亲水高分子微滤膜将具有较大的应用潜力。

在以往的研究中，对疏水膜进行亲水改性已经被证明是缓解膜污染的有效方法。在各种膜亲水改性方法中，表面涂覆是提高膜亲水性最简单的方法，表面涂覆不仅保留了基体的优良性能，而且具有操作简单、处理周期短和成本低的优点。例如，中国专利CN105384863A公开了一种基于响应性共聚物改性PP微滤膜的方法。首先以聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为共聚单体，合成了三元无规共聚物P(PEGMA-co-DEAEMA-co-MMA)，然后通过表面截留法对PP微滤膜进行改性，最终得到了表面形貌和性能可控的亲水聚丙烯微滤膜。但是其响应性三元共聚物合成复杂，而且截留改性的方法稳定性较差。此外，大部分经亲水改性的微滤膜不具有抗菌功能，只能抵抗有机污染。例如，中国专利CN 110665376A公开了一种利用碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法。首先将碳纳米管分散在加有表面活性剂的去离子水中，然后涂覆在膜表面，利用碳纳米管的亲水性改善膜的疏水性能和抗污染性能。通过该方法制备的膜不仅缺乏抗菌功能，而且由于碳纳米管与基体结合性较差，表面涂层易脱落。

近年来，对疏水型高分子微滤膜进行亲水改性的同时引入抗菌功能也进行了一些研究。中国专利CN 110898687A公开了一种亲水抗菌PVDF膜的制备方法。首先将PVDF置于单宁酸/聚乙烯吡咯烷酮溶液中浸泡，进行共沉积反应，然后将所得膜置于AgNO₃溶液中浸泡，进行络合反应，即制得具有抗菌性能的亲水PVDF膜。但此种方法得到的PVDF膜亲水性较差，接触角最低为54°。

中国专利CN 109200835A公开了一种仿生构建聚季铵盐型抗菌PVDF膜的制备方法。首先将PVDF膜浸泡在多巴胺溶液中，在膜表面形成多巴胺涂层，然后将得到的膜浸泡到巯基化聚季铵盐的溶液中，即可制备具有抗菌功能的PVDF膜。但是巯基化聚季铵盐的制备过程工艺复杂、操作程序繁琐，不适合工业化生产。