一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方法
【技术领域】
[0002] 本发明属于水处理膜分离技术领域，特别涉及一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方 法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 膜分离技术具有能耗低，操作简单，分离效率高等优点，作为一种新型的分离手 段，已经被广泛应用于医药、食品、生物、化工、环保等行业。膜分离技术根据孔径可分为微 滤、超滤、纳滤和反渗透，其中超滤技术具有浓缩和净化效率高、操作简单和能耗低等优点， 是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。超滤膜技术的工业应用领域广泛，例如，用于生 物制药领域和食品工业的分离、浓缩和纯化，用于废水处理，用于饮用水处理等。
[0005] 制备超滤膜的材料种类繁多，按性质可分为高分子膜材料和无机膜材料，其中以 高分子膜材料居多。制备超滤膜的常用材料有醋酸纤维素、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙 烯腈等。聚砜高分子材料具有刚性和韧性好，抗蠕变性能优良，耐温、耐热氧化，耐无机酸、 碱、盐溶液的腐蚀，耐离子辐射，无毒等优点，且聚砜有机物分离膜具有良好的水通量和截 留性能、机械性能、化学稳定性和热稳定性，被广泛应用于超滤膜的制备。然而，聚砜超滤膜 在实际应用中亲水性和耐污染性能差，容易受到污染，造成水通量下降，降低了膜的使用寿 命。为此，可以通过改善制膜技术，如在制膜材料中加入无机纳米颗粒，试图改善聚砜超滤 膜的亲水性能和抗污染性能。
[0006] 氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，含有丰 富的含氧官能基团包括羟基、羧基、羰基等，具有优良的亲水性能、化学稳定性和力学性能， 也有一定的抗菌性能。因此，选用氧化石墨烯作为聚砜超滤膜改性剂，制备的一种氧化石墨 烯改性的聚砜超滤膜，由于氧化石墨烯的加入，改变了聚砜超滤膜的内部孔结构，降低了超 滤膜的接触角，提高了亲水性能和抗污染性能。
[0007]
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是克服现有超滤膜亲水性能差的问题，对聚砜超滤膜进行改性，提 供高亲水性聚砜超滤膜的制备方法，可以很好的解决该问题。但是当氧化石墨烯的尺寸太 大，会造成膜孔径堵塞，导致水通量下降，所以应选用适宜尺寸的氧化石墨烯为改性剂。
[0009] 本发明一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方法。具体包括以下步骤： (1)将氧化石墨烯用超声波分散于极性有机溶剂中，形成均匀稳定的分散溶液，然后向 分散溶液中加入聚砜和添加剂，在60-80°C条件下，溶解搅拌，静置脱泡，形成均匀稳定的铸 膜液，将铸膜液倒入刮膜设备的料槽中，铸膜液经刮刀在聚酯无纺布上形成液态初生膜，经 纯水凝胶浴，发生相转化生成固态膜，随后将固态膜依次经过不同水温的清洗槽清洗，最后 收卷得到高亲水性聚砜超滤膜。
[00?0]上述氧化石墨稀的厚度为0.5_5nm，横向尺寸为0·5-5μηι，层数为1-10层。
[0011 ] 上述极性有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基 吡咯烷酮中的至少一种。
[0012] 上述添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇 甲醚、二乙二醇二甲醚中的至少一种。
[0013] 上述聚砜的含量为10%-25%，氧化石墨烯的含量为0.01%-5%，添加剂的含量为5%-15%，极性有机溶剂的含量为55%-84.99%。
[0014] 上述超声分散时间为I -4h，搅拌溶解时间为5-8h，静置脱泡时间为12-24h。
[0015] 上述纯水凝胶浴的温度为5-25°C，清洗槽为3个，清洗槽水温范围为10-75°C。
[0016] 上述聚酯无纺布的厚度为100μπι。
[0017] 本发明的有益效果如下： 本发明通过利用氧化石墨烯含有丰富的羧基、羟基、羰基等含氧官能基团的特点，将氧 化石墨烯加入到聚砜超滤膜中，以改变聚砜超滤膜的内部孔结构，降低超滤膜的接触角，显 著提高了制得的聚砜超滤膜的亲水性能。选用适宜尺寸的氧化石墨烯作为改性剂加入到铸 膜液中，改进了聚砜超滤膜的制备工艺，得到了具有优良亲水性能的超滤膜，具有广泛的应 用价值。
[0018]
【附图说明】
[0019] 图1-4分别为氧化石墨烯含量为0%、1%、2%和7%的高亲水性聚砜超滤膜的接触角 图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021] 以下给出本发明的【具体实施方式】，用来对本发明进行进一步说明，但并不限制本 发明。
[0022] 本发明一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方法，铸膜液体系为:膜材料选用聚砜，改 性材料选用氧化石墨烯，添加剂选用乙二醇甲醚，极性有机溶剂选用Ν，Ν_二甲基甲酰胺。
[0023] 本发明一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方法，铸膜液体系中各组分的配比为：聚 砜的含量为1 〇%_25%，氧化石墨烯的含量为0.01%-5%，乙二醇甲醚的含量为5%-15%，N，N-二 甲基甲酰胺的含量为55%_84.99%，以上各组分的含量均以重量百分比计。
[0024] 本发明一种高亲水性聚砜超滤膜的制备方法，其具体的制备工艺为： 将氧化石墨烯用超声波分散于Ν，Ν_二甲基甲酰胺中，超声波分散时间为l_4h，形成均 匀稳定的分散溶液，向分散溶液中加入乙二醇甲醚，搅拌混合均匀，将聚砜缓慢加入到分散 溶液中形成料液，然后将料液温度升至60-80°C，继续搅拌溶解5-8h，随后静置脱泡12-24h， 形成均匀稳定的铸膜液，将铸膜液倒入刮膜设备的料槽中，铸膜液经刮刀在聚酯无纺布上 形成液态初生膜，经5-25Γ的纯水凝胶浴，发生相转化生成固态膜，将固态膜依次经过水温 为10-70°C的清洗槽，进行清洗，最后收卷得到高亲水性聚砜超滤膜。
[0025]本发明所述超滤膜片的接触角采用接触角测试仪测试，膜片接触角能反应膜片的 亲水性能，接触角越小，亲水性能越良好。
[0026]本发明所述超滤膜片的性能测试方法为:将膜片置于0.15MPa压力下预压30min， 然后在0.1 MPa压力条件下测定超滤膜的纯水通量；用0. lg/L的牛血清蛋白（BSA)替换纯水 作为测试液，在〇. IMPa压力下继续预压30min后，利用紫外分光光度计测定此时透过液中的 BSA的含量，得到膜片对BSA的截留率。
[0027] 实施例1 将氧化石墨烯(选用唐山建华科技发展有限责任公司，氧化石墨烯JH-Π ，技术指标为： 厚度为〇. 5-4nm，横向尺寸为0.5-3μηι，层数为1-10层）用超声波分散于N，N-二甲基甲酰胺 中，超声波分散2h，形成均匀稳定的分散溶液，向分散溶液中加入乙二醇甲醚，搅拌混合均 匀，将聚砜缓慢加入到分散溶液中形成料液，然后将料液温度升至80°C，继续搅拌溶解6h， 随后静置脱泡16h，形成均匀稳定的铸膜液，铸膜液中所述组分的含量依次为:氧化石墨烯 1%，N，N-二甲基甲酰胺73%，乙二醇甲醚8%，聚砜18%。
[0028]将铸膜液倒入刮膜设备的料槽中，铸膜液经刮刀在聚酯无纺布上形成液态初生 膜，经18°C的纯水凝胶浴，发生相转化生成固态膜，将固态膜依次经过水温为25°C和60°C的 清洗槽，进行清洗，最后收卷得到高亲水性聚砜超滤膜。经测试本实施例提供的氧化石墨 烯/聚砜超滤膜的接触角为63.175°，纯水通量为320.4L/h · m2，对BSA的截留率保持在90% 以上