[发明专利]一种表面接枝改性制备抗菌抗污染分离膜的方法

说明书

本发明公开了一种表面接枝制备抗菌防污染分离膜的方法，将功能性胍基大分子抗菌材料接枝到分离膜表面。首先，将胍盐、多胺小分子和多胺聚合物混合均匀，氮气保护下，升温回流反应制得功能性胍基大分子抗菌材料。然后，将分离膜与盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷的混合水溶液接触，得到聚多巴胺改性分离膜，之后将胍基大分子抗菌材料接枝到膜表面，得到胍基大分子接枝聚合物分离膜。本发明制备过程简单，制备条件温和，易于放大，适用于多种分离膜的表面改性，所制备的分离膜能基本保持聚合物分离膜原有的渗透选择性能，并在使用过程中持久高效地维持良好的抗菌性能和防污染性能。

技术领域

本发明属于聚合物分离膜制备领域，具体涉及一种表面接枝改性制备抗菌抗污染分离膜的方法。

背景技术

气候变化和全球工农业的迅速发展使得淡水资源的缺乏日益加剧，这对各国的社会经济发展已构成重大威胁。近年来，如何应对淡水资源缺乏成为人们所关注的热点问题。除了水资源优化配置等管理措施，高效的水处理技术(尤其是膜法水处理技术)逐步成为开源节流的有效途径。

膜法水处理技术主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。分离膜是膜分离技术的核心，膜的性能直接影响着膜法水处理工程的成本和产水的质量。在实际运行中，由于分离膜的渗透选择作用，原水中的污染物(如胶体、无机固体、有机物、细菌等)很容易沉积在膜的表面形成污染层，造成膜表面的污染，污染后的膜需要进行定期进行清洗，这将进一步增加其使用成本。

按照污染物类型，膜污染可分为无机物污染、胶体物污染、有机物污染和微生物污染。其中，有机物污染和微生物污染是目前分离膜所面临的最主要问题之一。膜表面的污染会形成污染阻力层，降低膜的通量和寿命，从而引起额外的能量消耗和化学清洗，增加膜的生产和运行成本。因此，抗菌抗污染分离膜的研发一直是膜分离的一个重要研究方向。针对有机物污染，分离膜表面的亲水化改性已被证明为可行的膜污染防御策略。比如，在膜内部共混或膜表面接枝改性水溶性高分子(如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇等)、两性离子聚合物(如甜菜碱类)、亲水纳米材料(如纳米二氧化硅、氧化石墨烯等)都可以改善分离膜的亲水性和抗有机物污染性能。这主要是因为，膜表面亲水性越好，通过氢键形成的水合作用会在膜表面形成水化层，有效抑制污染物的沉积，降低膜污染。针对微生物污染，研究者往往采用在分离膜表面或内部引入抗菌物质(如含季铵盐基团的聚合物、银粒子等)赋予分离膜高效的杀菌性能。然而，在实际应用中，有机物污染和微生物污染是共同存在的。并且，膜表面沉积的有机物还将为微生物提供生存繁殖的有利环境，加速微生物在分离膜表面甚至膜分离系统中的繁殖。因此，分离膜的改性应同时考虑有机物和微生物的防御，才能有效解决分离膜的污染问题。

发明内容

针对这一需要，本发明旨在提供一种表面接枝改性制备抗菌抗污染分离膜的方法，将亲水性含胍聚合物接枝到分离膜表面。具体涉及的改性过程包括多巴胺在膜表面的自聚反应和含胍聚合物的接枝反应。多巴胺自聚后形成的聚多巴胺具有环境友好、良好亲水性、强粘附性等特点，含有大量的酚羟基和含氮基团，不仅能有效改善固体表面的亲水性，还是化学活性基团，为固体表面提供良好的二次反应平台，便于后续的表面接枝反应。含胍聚合物富有胍基基团和伯胺基团，其中胍基基团具有高效的抗菌活性，且对人体安全无毒，可以赋予分离膜显著的抗菌性能，伯氨基团可以改善分离膜的亲水性。因此，本发明利用简单易行的表面接枝方法即可同时赋予分离膜良好的抗菌性能和抗污染性能，并适用于多种分离膜的表面改性，对分离膜的其他性能(如机械性能、热稳定性能、截留性能)基本无影响，所制备的分离膜在使用过程中能持久高效的维持良好的亲水性和抗菌性，缓解在长期运行中有机物和微生物所引起的膜污染问题。

本发明目的在于提供一种表面接枝改性制备抗菌抗污染分离膜的方法。该方法制备过程简便易行，制备条件温和，适用于多种分离膜的表面改性，易于放大，所制备的分离膜在使用过程中能持久高效地维持良好的抗菌性能和抗污染性能。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过下述技术方案来实现：