[发明专利]一种中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能分离膜技术，特别涉及一种可采用干/湿纺丝法直接制备的具有良好吸附功能的中空纤维膜及其制备方法，国际专利分类号拟为Int.C.B01D69/00(2006.01)I。

背景技术

随着膜分离技术的迅速发展，分离膜在生物工程，食品工程，环保工程以及许多化工过程中得到了广泛的应用。由于膜分离技术具备低温操作、保活性好，设备较为简单、处理量大、操作方便易于实现自动化等特点，作为生物大分子纯化分离的有力工具已得到迅速发展，尤其适用于工业规模对目标产品的纯化分离。然而，膜分离技术是利用膜的孔径大小对目标物进行分离，分离产物纯度相对较低。例如，采用超滤技术分离生物大分子时，一般相对分子质量要相差10倍以上才能有效分离，而对于那些相对分子质量仅相差几倍的体系则分离效果较差[张玉忠，肖长发，膜色谱技术进展，天津工业大学学报，23(4)，2004，94-97]。20世纪80年代发展的膜色谱技术是一种将平板式膜或中空纤维膜作为色谱介质，把膜分离和色谱技术结合起来，使之兼具膜分离与亲和分离特点的新型的分离技术。膜色谱采用具有一定孔径的膜作为介质，连接配基，利用膜配基与蛋白质之间的相互作用进行分离纯化。其作用原理如下：当料液以一定流速流过膜的时候，目标分子与膜介质表面或膜孔内基团特异性结合，而杂质则透过膜孔流出，待处理结束后，可通过洗脱液将目标分子洗脱下来收集。需要指出的是，理想的膜材料应为亲水性，不对蛋白质等生物大分子产生非特异性吸附作用。另外，膜基质上含有可与配基进行共价键合的官能团，如环氧基、氨基、羟基和羧基等，这样的膜材料往往由带有上述官能团的单体进行共聚或均聚，然后用所合成的高分子材料经过特殊工艺成型而得。由于这些带有活性官能基的单体较难合成、聚合手段也较复杂，再加上在成型加工过程中官能团容易失活或脱落，往往达不到预期的效果[余艺华，何炳林，亲和膜色谱，离子交换与吸附，1998，14(5)，466～473]。

中空纤维膜是一种自身支撑的分离膜。在中空纤维膜组件的加工中，无需考虑膜的支撑问题，因此可使设备小型化，装置体积减小、简化，并且成本较低，得到了广泛应用。中空纤维膜一般采用沉浸凝胶法制备：将高分子溶液(铸膜液)浸入在沉淀剂(非溶剂)中，通过相转化形成非对称中空纤维膜。此外在沉淀过程中，膜的内外表面会发生溶剂与沉淀剂的交换，并相互作用而影响膜的最终结构。其中膜结构主要受两方面的影响：1、铸膜液和沉淀体系的平衡热力学性质；2、膜形成过程中溶剂和沉淀剂交换速率，即成膜过程的传质动力学。因此选择适当的制膜液体系和适当的工艺条件成为制备高性能中空纤维膜的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种中空纤维膜及其制备方法。该中空纤维膜表面具有开孔结构，吸附性能特别是蛋白质吸附性能优良，单位面积处理量大等特点。该中空纤维膜的制备方法具有制备快速，工艺简单，原料来源广，成本低廉，对设备无特殊要求等特点。

本发明解决所述膜技术问题的技术方案是：设计一种中空纤维膜，其铸膜液的质量百分比配方组成为：

聚合物                    10～25％；

离子交换树脂              5～45％；

溶剂                      30～80％；

添加剂                    5～30％，各组分之和为100％，

所述的聚合物为聚醚砜、聚砜、聚氯乙稀、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或乙烯一乙烯醇共聚物中的至少一种；

所述的离子交换树脂为粉末状大孔吸附树脂、强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂中的至少一种；离子交换树脂的粒径分布为5～50μm；

所述的聚合物/粉末树脂比值为90/10-10/90；

所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃中的至少一种；

所述的添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、单元醇类、甘油或阴离子型表面活性剂中的至少一种。

本发明解决所述膜制备方法技术问题的技术方案是：设计一种中空纤维膜的制备方法，其包括如下步骤：

1.制备铸膜液：按照本发明所述中空纤维膜质量百分比配方的要求，将配方所述的各组份在70～80℃下搅拌4～12小时，混合均匀，在常温下静置脱泡24～48小时后，得混合均匀的铸膜液；