抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜及其製備方法

2023-09-18 01:54:25

專利名稱：：抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜及其製備方法，屬於超濾膜製備技術。
背景技術：
：超濾是在靜壓差推動力作用下以膜為分離介質基於篩分機理進行的液相分離過程，超濾膜的截留分子量範圍大致為1000-300000，主要分離對象是蛋白質、各種酶、細菌、病毒、乳膠等。超濾作為一種新型高效的分離技術，具有一些明顯的優勢無相變，能在常溫及低壓下進行分離，可很好維持蛋白質的生理活性；能耗低，設備體積小，結構簡單；工藝適應性強，易於自動化控制等。目前，超濾技術已廣泛應用於超純水製備、電泳漆回收及其他廢水處理、乳製品加工和飲料精製、酶及生物製品的濃縮分離等方面。現階段，限制超濾技術大規模應用效率的主要原因是膜汙染問題，即溶液中的生物大分子吸附在膜表面，引起膜孔堵塞和孔徑的減小，導致超濾性能的持續下降，嚴重影響超濾技術的經濟性。從分子尺度對膜材料的抗汙染性能進行研究發現醯胺基團，羧基基團等親水性基團有明顯的抑制蛋白質吸附的性能。常用的膜材料中，聚丙烯腈(PAN)具有非常優良的耐光性、耐菌性以及比較好的耐溶劑性、化學穩定性和熱穩定性，因而得到了廣泛應用。但目前PAN膜還存在親水性較差以及在蛋白質溶液分離過程中會遇到較嚴重的膜汙染等問題。所以對聚丙烯腈基膜進行適宜的化學改性是提高其分離效率、延長其使用壽命的有效途徑。研究發現，對聚丙烯腈水解膜進行接枝改性能夠有效提高其抗汙染性能。
發明內容本發明的目的在於提供一種抗汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜及其製備方法，此方法活化過程較為簡單，生成的活性基團數目也較多，以此方法製備的超濾膜，對蛋白質分子具有極好的抗汙染能力。本發明提供的一種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜是由聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺為原料製成的聚丙烯腈基膜水解改性製成，聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺的質量配比為16:84，具體步驟在6(TC下將聚丙烯腈溶於N，N-二甲基甲醯胺中配製成鑄膜液，脫泡，將鑄膜液倒在玻璃上，刮膜，放置，放入水浴中凝固成膜，水浸泡，得到聚丙烯腈超濾基膜，浸泡在6(TC的鹼溶液中lh，水洗至中性，聚丙烯腈水解膜再浸泡在60°C的氨基乙醇水溶液中，取出膜水洗得到聚丙烯腈水解改性超濾膜。聚丙烯腈的分子量在80000200000之間。本發明提供的一種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜製備方法包括以下步驟1)將聚丙烯腈溶於N，N-二甲基甲醯胺中，配製成質量濃度為16X的溶液，在6(TC下攪拌4小時，配置成均相鑄膜液。聚丙烯腈的分子量在80000200000之間。2)將步驟1)所制的鑄膜液在6(TC下靜止脫泡24小時，冷卻至室溫後將鑄膜液倒在玻璃上刮膜，在空氣中放置1030秒後。再放入室溫凝膠水浴中凝固成膜，用離子水浸泡2436小時，得到聚丙烯腈超濾基膜。3)將步驟2)所制基膜浸泡在60°C的12.5mol/L的NaOH溶液中，13h後將膜取出，用去離子水漂洗膜內殘留的鹼液，直至漂洗液ra為中性為止，獲得聚丙烯腈水解膜，其反應式如式l所示。formulaseeoriginaldocumentpage4(4)將步驟3)所制的聚丙烯腈水解膜浸泡在601:，質量分數為5%30%的氨基乙醇水溶液中，lh後，將膜取出，用去離子水漂洗3次後，得到聚丙烯腈水解改性超濾膜，反應式如式2所示。formulaseeoriginaldocumentpage4本發明的優點在於膜製備過程簡便，條件溫和，對聚丙烯腈超濾基膜進行水解改性後，在保證膜較高通量與截留率的前提下，膜的抗汙染性能也得到了顯著提高。圖1為本發明聚丙烯腈超濾基膜表面掃描電鏡圖。圖2為本發明聚丙烯腈水解膜表面掃描電鏡圖。圖3為本發明聚丙烯腈水解改性膜表面掃描電鏡圖。具體實施方式實施例1稱取3.2g聚丙烯腈PAN(聚丙烯腈的分子量在80000200000之間，由丙烯腈單體乳液聚合得到)。以及16.8g溶劑N，N二甲基甲醯胺DMF加入三口燒瓶中，置於60°C水浴中900r/min轉速下攪拌溶解5h，形成透明清澈的均相鑄膜液；攪拌均勻後將鑄膜液在60°C下靜置6h，脫除鑄膜液中的氣泡；取乾淨的普通玻璃板、自製刮刀，平放於桌面上，用無水乙醇擦洗之後，從恆溫水浴中取出鑄膜液，將適量鑄膜液傾倒於玻璃板一端，勻速平拉刮刀至玻璃板另一端，在玻璃板上刮出約240ym厚的初生態膜；在空氣中放置1030秒後，再放入水浴中凝固成膜，用去離子水浸泡2436小時，得到本實驗所需的聚丙烯腈超濾基膜，所制的PAN超濾基膜經掃描電鏡分析，接觸角分析，改膜成孔性能良好，膜孔分布均勻；PAN基膜的純水通量在100KPa下為365.7L/m2h，此膜用於分離lg/L牛血清白蛋白緩衝溶液，通量可以維持在88.2L/tfh，截留率為60%，經去離子水處理後具有45%的通量回復率。實施例2稱取3.2g聚丙烯腈PAN以及16.8g溶劑N，N二甲基甲醯胺DMF加入三口燒瓶中，置於6(TC水浴中900r/min轉速下攪拌溶解5h，形成透明清澈的均相鑄膜液；攪拌均勻後將鑄膜液在6(TC下靜置6h，脫除鑄膜液中的氣泡；取乾淨的普通玻璃板、自製刮刀，平放於桌面上，用無水乙醇擦洗之後，從恆溫水浴中取出鑄膜液，將適量鑄膜液傾倒於玻璃板一端，勻速平拉刮刀至玻璃板另一端，在玻璃板上刮出約240iim厚的初生態膜；在空氣中放置1030秒後，再放入水浴中凝固成膜，用去離子水浸泡2436小時，得到本實驗所需的聚丙烯腈超濾基膜，將基膜浸泡在60°C，1.5mol/LNaOH溶液中lh後取出，用去離子水漂洗膜內殘留的鹼液，至漂洗液為中性為止，所製得的聚丙烯腈水解膜的純水通量在lOOKPa下為215.6L/tfh，此膜用於分離lg/L牛血清蛋白緩衝溶液，通量可以維持在90.2L/tfh，截留率為95%，經去離子水清洗後具有72.5%的通量恢復率。實施例3稱取3.2g聚丙烯腈PAN以及16.8g溶劑N，N二甲基甲醯胺DMF加入三口燒瓶中，置於6(TC水浴中900r/min轉速下攪拌溶解5h，形成透明清澈的均相鑄膜液；攪拌均勻後將鑄膜液在6(TC下靜置6h，脫除鑄膜液中的氣泡；取乾淨的普通玻璃板、自製刮刀，平放於桌面上，用無水乙醇擦洗之後，從恆溫水浴中取出鑄膜液，將適量鑄膜液傾倒於玻璃板一端，勻速平拉刮刀至玻璃板另一端，在玻璃板上刮出約240iim厚的初生態膜；在空氣中放置1030秒後，再放入水浴中凝固成膜，用去離子水浸泡2436小時，得到本實驗所需的聚丙烯腈超濾基膜，將基膜浸泡在60°C，1.5mol/LNaOH溶液中lh後取出，用去離子水漂洗膜內殘留的鹼液，至漂洗液為中性為止；將所得聚丙烯腈水解膜浸泡在6(TC，質量分數為20%的氨基乙醇水溶液中，lh後取出，用去離子水反覆漂洗得到聚丙烯腈水解改性膜c，該膜在lOOKPa下的純水通量維持在179.8L/m、，此膜用於分離lg/L牛血清蛋白緩衝溶液，通量可以維持在126.017111211，截留率為97.8%，經去離子水清洗後具有98%的通量恢復率，且在多次循環後仍然保持較高通量恢復率。實施例4稱取3.2g聚丙烯腈PAN以及16.8g溶劑N，N二甲基甲醯胺DMF加入三口燒瓶中，置於6(TC水浴中900r/min轉速下攪拌溶解5h，形成透明清澈的均相鑄膜液；攪拌均勻後將鑄膜液在6(TC下靜置6h，脫除鑄膜液中的氣泡；取乾淨的普通玻璃板、自製刮刀，平放於桌面上，用無水乙醇擦洗之後，從恆溫水浴中取出鑄膜液，將適量鑄膜液傾倒於玻璃板一端，勻速平拉刮刀至玻璃板另一端，在玻璃板上刮出約240iim厚的初生態膜；在空氣中放置1030秒後，再放入水浴中凝固成膜，用去離子水浸泡2436小時，得到本實驗所需的聚丙烯腈超濾基膜，將基膜浸泡在60°C，1.5mol/LNaOH溶液中lh後取出，用去離子水漂洗膜內殘留的鹼液，至漂洗液為中性為止；將所得聚丙烯腈水解膜浸泡在6(TC，質量分數為20%的氨基乙醇水溶液中，1.5h後取出，用去離子水反覆漂洗得到聚丙烯腈水解改性膜c，該膜的純水通量在lOOKPa下維持在156.8L/m2h，此膜用於分離lg/L牛血清蛋白緩衝溶液，通量可以維持在123.0L/m2h，截留率為98.1%，經去離子水清洗後具有98%的通量恢復率，且在多次循環後仍然保持較高通量恢復率。表1所示為實施例所製得的PAN基膜、PAN水解膜、PAN改性膜(lh)和PAN改性膜(1.5h)的超濾分離濃縮lg/L牛血清白蛋白緩衝溶液的分離特性tableseeoriginaldocumentpage6權利要求一種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜，其特徵在於它是由聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺為原料製成的聚丙烯腈基膜水解改性製成，聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺的質量配比16∶84，具體步驟在60℃下將聚丙烯腈溶於N，N-二甲基甲醯胺中配製成鑄膜液，脫泡，將鑄膜液倒在玻璃上，刮膜，放置，放入水浴中凝固成膜，水浸泡，得到聚丙烯腈超濾基膜，浸泡在60℃的鹼溶液中1h，水洗為中性，聚丙烯腈水解膜再浸泡在60℃的氨基乙醇水溶液中，取出膜水洗得到聚丙烯腈水解改性超濾膜。2.根據權利要求1所述的超濾膜，其特徵在於所述的聚丙烯腈的分子量在80000200000之間。3.—種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜製備方法，其特徵在於它包括以下步驟1)將聚丙烯腈溶於N，N-二甲基甲醯胺中，配製成質量濃度為16X的溶液，在6(TC下攪拌4小時，配置成均相鑄膜液；2)將步驟1)所制的鑄膜液在6(TC下靜止脫泡24小時，冷卻至室溫後將鑄膜液倒在玻璃上刮膜，在空氣中放置1030秒後，再放入室溫凝膠水浴中凝固成膜，用離子水浸泡2436小時，得到聚丙烯腈超濾基膜；3)將步驟2)所制基膜浸泡在60°C的12.5mol/L的NaOH溶液中，lh3h後將膜取出，用去離子水漂洗膜內殘留的鹼液，直至漂洗液K1為中性為止，即聚丙烯腈水解膜；4)將步驟3)所制的聚丙烯腈水解膜浸泡在6(TC，質量分數為5%30%的氨基乙醇水溶液中，lh後，將膜取出，用去離子水漂洗3次後，得到聚丙烯腈水解改性全文摘要本發明涉及一種抗蛋白質汙染聚丙烯腈水解改性超濾膜及其製備方法，是由聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺為原料製成的聚丙烯腈基膜水解改性製成，聚丙烯腈和N，N-二甲基甲醯胺的質量配比16∶84，具體步驟在60℃下將聚丙烯腈溶於N，N-二甲基甲醯胺中配製成鑄膜液，脫泡，將鑄膜液倒在玻璃上，刮膜，放置，放入水浴中凝固成膜，水浸泡，得到聚丙烯腈超濾基膜，浸泡在60℃的鹼溶液中1h，水洗為中性，聚丙烯腈水解膜再浸泡在60℃的氨基乙醇水溶液中，取出膜水洗得到聚丙烯腈水解改性超濾膜。本發明改性過程簡單，生成的活性基團數目較多，由此方法製備的超濾膜，對蛋白質分子具有極好的抗汙染能力。文檔編號B01D65/00GK101733025SQ20101003230公開日2010年6月16日申請日期2010年1月21日優先權日2010年1月21日發明者姜忠義,孫萌萍,蘇延磊申請人:天津大學