[发明专利]一种基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于原子转移自由基聚合法(ATRP)的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法,属于超滤膜技术领域。该方法是在聚砜溶液中共混接枝改性后的氧化石墨烯，通过浸没沉淀相转变(NIPS)来制备超滤膜。该法步骤如下：通过3‑氨基丙基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯进行偶合反应获得含有氨基的氧化石墨烯(GO‑NH₂)；将2‑溴代异丁酰溴在吡啶催化下与GO‑NH₂进行酰溴化反应，生成引发剂GO‑Br；将此引发剂与单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及配合物在催化剂下进行原子转移自由基聚合(ATRP)，通过控制聚合时间获得不同比例的GO‑g‑PHEMA；最后将合成的GO‑g‑PHEMA加入聚砜铸膜液中进行共混改性，通过NIPS法成膜。采用该法可制备耐污染、高通量且性能稳定的复合超滤膜，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及超滤膜技术领域，具体涉及一种基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤膜是一种介于纳滤膜与微滤膜之间的微孔过滤膜，孔径范围为1-100nm，主要分离对象为悬浮小颗粒与大分子物质，广泛应用于饮用水净化、果汁饮料以及生物医药领域。超滤膜是在静压差作用下，利用膜“筛分”作用，将大于孔径的溶质截留，而小于孔径的溶剂和一些大分子则从膜面渗透通过。聚砜平板膜因其拥有优良的综合性能而被广泛应用，但聚砜平板膜在使用过程中很容易造成膜污染，导致运行压力、能耗增加，膜的渗透性能下降、选择性降低以及使用寿命缩短。因此，解决聚砜平板膜的易污染问题是聚砜平板膜得以推广应用的关键。大量学者认为聚砜本身的疏水性是造成膜污染的一个重要原因，因此对膜进行亲水性改性是提升膜抗污染性能的一个有效方法。

目前主要的亲水化改性方法包括物理共混、表面涂覆、表面接枝和吸附改性，这些改性主要的原理都通过不同的手段在原来的体系中引入亲水性基团，这些亲水性基团与水分子通过氢键结合，从而增加膜表面的亲水性，提升膜的抗污染性能。专利CN102614788A公开了一种聚醚砜/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法。将聚醚砜与氧化石墨烯在有机溶剂中共混，采用超声分散氧化石墨烯，最后通过浸没沉淀相转化法成膜。该发明所获得的复合超滤膜虽有良好的亲水性等优良性能，但氧化石墨烯在铸膜液中分散不够均匀，膜性能的稳定性较差。Lee S H公开了采用ATRP法直接在GO表面生长聚合物的功能化改性方法，即经过异丁酰溴与GO表面的羟基进行的酯化反应，将溴化物引发剂共价结合于GO片层上，随后引发接枝苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)或丙烯酸丁酯(BA)聚合物(Fig.1)；功能化改性后的GO溶解性显著提高，使得化学表征和修饰过程可以在单一均相体系中进行，同时溶解度和分散性的提高也增强了GO在高分子复合材料中的潜在应用。(Lee S H,daniel R D,AnJ,etal.Polymer brush via controlled,surface-initiated atom trandfer radicalpolymerization(ATRP)from grapheme oxide.[J].Macromol.Rapid Commun.2010,31:281-288.)该方法制备的GO与膜粘结性较低，导致膜的稳定性较差，此外膜的亲水性可进一步提升。

发明内容

本发明的为了克服聚砜平板超滤膜亲水性改性存在的不足，提供了一种基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于ATRP法的抗污染聚砜/氧化石墨烯共混超滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)GO-NH₂的制备：通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与GO表面的羟基进行偶合反应来修饰GO，获得含有氨基的GO-NH₂；

(2)引发剂GO-Br的制备：2-溴代异丁酰溴在吡啶的催化作用下与步骤(1)制备的GO-NH₂进行酰溴化反应生成引发剂GO-Br；