033-42、抗污染超滤膜

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033-42、抗污染超滤膜

成果与项目的背景及主要用途:

超滤技术主要用于含分子量100~1000,000的物质的分离,是目前应用最广的膜分离过程之一。超滤是通过膜的筛分作用,将溶液中粒径大于膜孔径的大分子溶质截留,使小分子组分透过超滤膜,达到分离目的的膜过程。超滤作为一种新型高效的膜分离技术,具有无相变、操作条件温和、无第三组分引入、工艺流程简单等优点,可代替传统的分离技术,如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程,但是超滤过程中的膜污染严重限制了超滤在分离领域的更广泛应用。

国际纯粹和应用化学协会 IUPAC 将膜污染定义为由于悬浮物或可溶性物质通过物理化学作用或者机械作用,在膜的表面及膜孔内部吸附或沉积,导致膜孔堵塞或变小、膜通量降低的过程。目前,解决高分子超滤膜污染的根本途径是开发低污染超滤膜,包括开发新型高分子材料及对现有超滤膜进行表面改性。前者制膜成本较高,并在大规模应用上存在困难。而对现有膜进行表面改性则成为解决高分子超滤膜膜污染的有效途径。

技术原理与工艺流程简介:

我单位多年来致力于抗污染膜表面的构建研究。受细胞膜组成、结构和功能启发,采用表面偏析与相转化相结合的方法,利用热力学和动力学协同效应,将非溶剂诱导的相分离和嵌段共聚物的自组装过程相结合,原位多尺度构建抗污染膜表面。利用Pluronic 系列嵌段共聚物的表面改性和致孔双重作用,调控膜表面结构和孔结构,在膜表面形成稳定水化层, 抑制污染物吸附。利用磺胺、磷脂共聚物等两性离子型嵌段共聚物同一官能团内含有等量正、负电荷,保证膜表面电中性的同时,通过离子溶剂化作用形成更致密的水合层,提高膜抗污染性能;并其刺激响应性(温度、pH值等),构建智能型超滤膜表面。以含氟、含硅系列多嵌段共聚物为改性剂对膜表面结构进行调控,可控构建同时具有亲水区和低表面能微区的非均相膜表面,赋予膜表面抗污染、自清洁的双重特性。

所制备的超滤膜在广泛的 pH 值范围内具有良好的抗污染特性,用于含蛋白质、油、酵母菌的模拟污水处理,水通量>200L/(m2h),通量恢复率近100%,通量衰减率<3.4%。

目前已经完成表面偏析法抗污染膜中试实验,建成了中空纤维膜生产线,开发了基于聚氯乙烯(PVC)和聚偏氟乙烯(PVDF)等材料的5个系列20多个膜品种。

应用前景分析及效益预测:

膜技术在分离中的优势:

1、条件温和,在常温下进行,特别适合热敏性物质的分离和浓缩

2、无相态变化,能耗低

3、分离过程速度快,选择性高

4、分离过程简单,可以连续操作,容易与其他分离过程耦合,易于放大

5、无外加物质,利于节约资源和保护环境

我单位制备的抗污染超滤膜用于蛋白质、油水乳化液、微生物等污水处理,显示了抗污染、自清洁、智能性和高通量等特点,具有良好的应用前景。

应用领域:电子、化工、环保、生物、食品、医药等领域。

应用包括:饮用水净化;污水处理,特别是含油污水处理;发酵液澄清,细胞分离与收集,酶、蛋白质等大分子物质的浓缩与精制,抗生素的回收及纯化,氨基酸类制品的浓缩。

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