[发明专利]具有层状孔结构的高通量、耐压超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种具有层状孔结构的高渗透通量、耐压超滤膜的制备方法，所制 备的超滤膜可以直接使用，亦可以作为复合膜的多孔支撑材料使用。属于膜分离技术领 域。

背景技术

超滤膜在很多领域有着广泛的应用，不仅可以直接用于物质的分离、浓缩、分级和 纯化，而且可以作为纳滤、反渗透、气体分离和渗透蒸发等复合膜的支撑材料。根据BCC 公司的报告，超滤膜2005年仅在美国市场的销售额就为5.79亿美元，2006年为6.35 亿美元，预计到2011年将达到9.08亿美元，超滤膜将以年均7.4％的速度增长。限制超 滤膜应用的主要问题有：膜的耐污染性问题、耐温与耐溶剂问题、孔径均匀性问题及机 械稳定性问题(即渗透通量与耐压之间的矛盾问题)。

近几年，有机-无机超滤膜的研究备受关注。大量文献报道[Aerts P.，Van Hoof E.， Leysen R.，et al.Polysulfone-aerosil composite membranes.Part 1.The influence of the  addition of aerosil on the formation process and membrane morphology.J.Membrane.Sci.， 2000，176：63.Yan L.，Li Y.S.，Xiang C.B..Effect of nano-sized Al₂O₃-particle addition on  PVDF ultrafiltration membrane performance.J.Membrane Sci.，2006，276：162-167.Bottino  A.，Capannelli G.，Comite A..Preparation and characterization of novel porous PVDF-ZrO₂composite membranes.Desalination，2002，146：35-40.Wara N.M..Addition of alumina to  cellulose acetate membranes.J.Membrane.Sci.1996，104：43.]：向有机材料中添加亲水性无 机填料后，能增加膜孔之间的贯通程度、降低膜的皮层厚度，进而使得膜在截留率保持 不变的情况下渗透通量能明显提高，且膜的耐污染性和机械强度也有提高。在有机-无 机超滤膜的研究中，多数研究集中在少量无机填料对膜的结构与性能的影响，有文献报 道[Genne I.，Kuypers S.，Leysen R..Effect ofthe addition of ZrO2，to polysulfone based UF  membranes.J.Membrane.Sci.，1996，113：343-350.Doyen W.，Adriansens  W.，Molenbergs.B，et al.A comparison between polysulfone，zirconia and organo-mineral  membranes for use in ultafiltration.J.Membrane.Sci.1996，113：247.Huang Z.Q.，Chen K.，Li S.N.，et al.Effect of ferrosoferric oxide content on the performances of  polysufone-ferrosoferric oxide ultrafiltration membranes.J.Membrane.Sci.，2008，(in press) doi：10.1016/j.memsci.2008.02.028.]，只有当无机填料的含量达到一较高值时，膜的性能 才有显著提高。在有机-无机超滤膜的研究中，目前使用的无机填料主要是氧化铝、氧 化锆、膨润土和二氧化硅等，四氧化三铁作为填料的研究很少。Jian等[Jian P.，Yahui H.， Yang W.，et al.Preparation of polysulfone-Fe₃O₄ composite ultrafiltration membrane and  its behavior in magnetic field.J.Membrane.Sci.，2006，284：9.]制备了四氧化三铁含量为 30wt％的聚砜/四氧化三铁超滤膜并考察外磁场对膜性能的影响，并发现聚砜/四氧化三 铁超滤膜对糖化酶的截留性能随外加磁场强度变化而变化。我们发现磁化聚丙烯腈/四 氧化三铁超滤膜在处理血液废水过程中的耐污染性能要明显高于未磁化膜，并对其机理 进行了初步分析[Huang Z.Q.，Guo X.P.，Guo C.L.，Zhang Z..Magnetization influence on the  performance of ferrosoferric oxide：polyacrylonitrile membranes in ultrafiltration of pig blood  solution.Bioprocess and Biosystems Engineering，2006，28：415-421]。关于有机-无机超滤膜 的成膜机理很少研究[Aerts P.，Genne I.，Kuypers S.，et al.Polysulfone-aerosil composite  membranes.Part 2.The influence of the addition of aerosil on the skin characteristics and  membrane properties.J.Membrane.Sci.，2000，178：1.Yang Y.N.，Wu J.，Zheng Q.Z.，et  al.The research of rheology and thermodynamics of organic-inorganic hybrid membrane  during the membrane formation.J.Membrane.Sci.，2008，311：200-207.]，主要是常用的无 机填料不透光，采用通用的方法不能进行相关研究。