[发明专利]一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用。制备方法包括如下步骤：采用碱性溶液对超滤基膜进行水解，再采用酸性溶液除去残余碱性物质，得到的水解膜置于EDC/NHS活化液中活化，加入壳聚糖溶液接枝，得到改性膜加入到甜菜碱溶液中接枝，得到抗污染超滤膜。本发明选用低聚的壳聚糖和小分子甜菜碱作为改性物质，同时利用羧基和氨基之间的交联反应‑EDC/NHS反应来实现膜表面改性物质的单分子层接枝，得到的超滤膜具有较强的亲水性，抗菌黏附性能较好，改性过程对于通量的影响较小，超滤膜通量高，污染后的通量恢复高，具有十分良好的抗蛋白污染性能，且壳聚糖和甜菜碱没有溶出性的杀菌性能，利于污水处理体系的正常运行。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种抗污染超滤膜及其制备方法与应用。

背景技术

超滤是一种介于微滤和纳滤之间的压力驱动膜分离技术，膜孔径通常为0.001-0.1μm，操作压力为0.1-1.0Mpa。超滤技术的分离原理是孔径筛分作用，即在一定的压力下，进料液中的小分子溶质和溶剂可以透过膜，但粒径较大的颗粒和分子量较大的大分子有机物则会由于筛分作用而被截留。与其他的膜分离技术相比，超滤技术主要有条件温和、分离效率高、能耗低等优点。在实际的工业应用中，超滤技术也被广泛地应用于污水处理、医药提纯、水质净化和食品工业的发酵浓缩等领域。

在污水处理领域中，超滤往往与膜生物反应器(MBR)相结合进行应用。MBR是一种将膜分离单元与生物处理相结合的新型水处理技术，其主要的技术特点在于采用膜组件替代传统工艺中的二沉池，以实现体系中的固液分离。而膜组件高效的固液分离性能，也使得MBR技术具有了更好的生化处理效果、更高的出水水质、更稳定的运行体系以及更小的占地面积等独特优势。但是，膜组件运行过程中出现的膜污染现象仍然是阻碍MBR技术进一步推广应用的一大难题。因此，研发一种具有较强的抗有机污染和抗生物污染性能的超滤膜来减轻膜污染现象是一种极具价值的解决方案。

已有的研究表明，膜材料的抗污染性能在很大程度上取决于膜材料的表面性质。在抗有机污染方面，膜材料表面的亲水性被广泛认为是决定膜材料抗污染性能的主要因素，因为亲水性的膜能在其表面形成一层高能垒的水化层，进而有效减少水体中大部分的疏水性有机物在膜表面的黏附。但许多的亲水改性往往由于交联度过高或引入的亲水性聚合物链段较长，容易导致膜孔堵塞，进而导致膜通量的大幅下降。在抗生物污染方面，主要的策略是通过向膜上引入具有杀菌性能的组分来使膜具有抗菌性且多应用于生物医药领域，但这类抗菌膜上强力的杀菌组分很可能导致体系中功能菌的失活和有机物的进一步释放，从而加剧膜污染。因此，对于MBR体系中的抗生物污染膜应更注重于其抗菌黏附的性能。因此，研发一种具有良好的亲水性、抗菌黏附性能、抗蛋白污染性能，且膜通量高的超滤膜具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抗污染超滤膜。该抗污染超滤膜具有较强的亲水性，抗菌黏附性能较好，膜通量高，污染后的通量恢复高，具有良好的抗蛋白污染性能，并且几乎没有溶出性的杀菌性能，不会影响到处理体系中的功能菌群。

本发明的另一目的在于提供上述抗污染超滤膜的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述抗污染超滤膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种抗污染超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用碱性溶液对超滤基膜进行水解，清洗，再采用酸性溶液除去残余碱性物质，得到水解膜；

(2)将步骤(1)的水解膜置于EDC/NHS活化液中活化，除去多余的EDC/NHS，再加入壳聚糖溶液进行接枝，清洗，得到改性膜；

(3)将步骤(2)的改性膜加入到甜菜碱溶液中进行接枝，清洗，得到抗污染超滤膜。

优选地，步骤(1)中所述超滤基膜为通过水解反应或等离子体活化处理后膜表面带有羧基的超滤基膜；更优选地，步骤(1)中所述超滤基膜为聚丙烯腈(PAN)超滤基膜。