超滤膜及其制备方法与流程

本发明涉及膜分离领域，具体涉及一种超滤膜及其制备方法。

背景技术：

1、现代社会对水资源的需求越来越大，淡水资源作为我们人类赖以生存的宝贵资源，正越来越受到环境污染的威胁和侵害。膜分离技术作为最具发展前途的高新技术之一，现在应用领域主要涵盖微滤、超滤、纳滤和反渗透等几个方面。其中，超滤具有耗能低、设备布局简单、分离水平高等优势，被认为是最经济、高效和清洁的膜分离技术之一。除了水处理与资源化外，超滤技术在生物医药和食品加工等领域亦有广泛的应用。

2、文献(journal of environmental chemical engineering 2021,9,105115)中报道：采用高能球磨技术制备得到的cus2纳米粒子用于pvdf超滤膜的致孔剂，可以有效改善膜的孔结构、孔隙率，增加超滤膜的水通量。文献(journal of membrane science 2020,612,118382)中报道：由沉积在无纺布上的电纺聚丙烯腈(pan)纳米纤维做为支撑层，纳米纤维素复合pan作为表皮层制备得到高通量纳米纤维超滤膜的渗透性能得道了显著提升。分离层中形成的互穿纳米纤维-聚合物网络，大大增强了复合膜的机械强度，并提供了水通道。而对于液体分离膜来讲，众所周知，静电纺丝方法制膜效率较低，制备成本高。此外还有有机无机杂化金属网膜(如cn110280222中所公开的)，a，膜表面化学接枝(如cn109499393a中所公开的)等制备方法，但也存在分离应用范围较窄、制备工艺复杂、成本高等问题。

3、因此，提供一种不仅能满足分离膜分离性能的要求，同时满足原材料价格低、制备成本低、制备工艺简单的高性能超滤膜显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的存在的上述问题，提供一种超滤膜及其制备方法，该超滤膜同时具有较高的截留率和水通量，并且制备工艺简单，成本较低。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种超滤膜，所述超滤膜包括基材层和功能层，所述功能层包括依次附着于基材层上的子层和表层；

3、其中，所述表层的平均孔径为1-100nm，所述子层具有三维网络状多孔结构，子层的平均孔径为200-500nm；功能层的孔隙率为60-90％。

4、本发明第二方面提供一种超滤膜的制备方法，该方法包括：采用含有成膜聚合物的铸膜液，选取基材层的一侧作为成膜侧，进行成膜，对成膜侧进行保护，然后对基材层的非成膜侧进行雾化，将雾化后的产物浸入凝固浴；

5、其中，雾化的时间为1-60s。

6、本发明第三方面提供如上所述的方法制备的超滤膜。

7、通过上述技术方案，本发明可以取得如下的有益效果：

8、1、本发明提供的超滤膜同时具有较高的截留率和水通量。常规技术中，实现较高的截留率往往会使得水通量降低，实现较高的水通量也往往使得截留率降低，两者难以兼顾。本发明的超滤膜，表层孔径较小，子层具有三维的网络状多孔结构，孔结构之间互相连通，表层和子层共同配合，能够在有效降低超滤膜的传质阻力、提高膜的渗透通量的同时，保证获得高的截留率，特别是bsa(牛血清白蛋白)的截留率。该超滤膜可在水处理、生物、医药、能源等领域中提供更好的选择。

9、2、采用本发明提供的方法制备超滤膜时，能够在不额外的添加致孔剂的同时，也能获得和添加致孔剂相当的效果，如此能够避免致孔剂的使用，降低制备成本。

10、3、本发明的制备工艺简单、安全高效、原料易得、成本低廉，并且采用本发明的方法制备时，能够采用相对较为紧凑的设备布局，对于工业化生产更加有利。

技术特征：

1.一种超滤膜，其特征在于，所述超滤膜包括基材层和功能层，所述功能层包括依次附着于基材层上的子层和表层；

2.根据权利要求1所述的超滤膜，其中，功能层的孔隙率为70-85％；

3.根据权利要求1或2所述的超滤膜，其中，所述基材层的孔隙率为20-50％，平均孔径为5-50μm。

4.根据权利要求3所述的超滤膜，其中，所述基材层的材料选自聚酯、聚烯烃、聚酰胺和聚丙烯腈中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的超滤膜，其中，所述功能层的材料选自聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚丙烯腈、醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚乳酸、聚酰胺、壳聚糖、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂和丙烯腈-苯乙烯共聚物中的至少一种。

6.一种超滤膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：采用含有成膜聚合物的铸膜液，选取基材层的一侧作为成膜侧，进行成膜，对成膜侧进行保护，然后对基材层的非成膜侧进行雾化，将雾化后的产物浸入凝固浴；

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铸膜液中含有成膜聚合物的不良溶剂；

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，铸膜液中的成膜聚合物的浓度为5-30wt％，优选为8-22wt％；

9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，铸膜液中含有或不含有致孔剂，铸膜液中致孔剂的含量为0-20wt％；

10.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述成膜的方法为刮膜，刮膜的条件包括使得制备的超滤膜的厚度为50-400μm，更优选为100-260μm；

11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述凝固浴的温度为10-40℃；

12.权利要求6-11中任意一项所述的方法制备的超滤膜。

技术总结
本发明涉及膜分离领域，公开了一种超滤膜及其制备方法。所述超滤膜包括基材层和功能层，所述功能层包括依次附着于基材层上的子层和表层；其中，所述表层的平均孔径为1‑100nm，所述子层具有三维网络状多孔结构，子层的平均孔径为200‑500nm；功能层的孔隙率为60‑90％。该超滤膜同时具有较高的截留率和水通量，并且制备工艺简单，成本较低。

技术研发人员：刘轶群,李煜,潘国元,张杨,于浩,赵慕华,赵国珂,唐功庆
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16