高通量耐污染納濾膜的制備及其在抗生素分離中的應(yīng)用研究.pdf

1、分離在現(xiàn)代工業(yè)，尤其是化工領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。近年來由于低能耗、低排放、自動(dòng)化程度高、占地面積小等優(yōu)勢，膜分離技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的萃取、精餾等分離技術(shù)，備受關(guān)注。由于具有獨(dú)特的孔徑結(jié)構(gòu)與荷電性能，納濾膜一般被認(rèn)為是依靠壓力驅(qū)動(dòng)，無相變、可實(shí)現(xiàn)分子級別的膜分離過程，在活性小分子有機(jī)物質(zhì)，諸如抗生素、藥物分子、催化劑等的分離應(yīng)用中具有非常廣闊的前景。目前，商用化納濾膜滲透通量低、易污染、耐氯性差等缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。根據(jù)被分離物質(zhì)

2、尺寸開發(fā)高通量耐污染復(fù)合納濾膜逐漸成為納濾膜制備的新思路。本研究采用多種方法制備不同種類的新型親水性復(fù)合納濾膜進(jìn)行抗生素分離。重點(diǎn)研究了新型親水性納濾膜的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及分離性能；同時(shí)也探討了分離條件對納濾膜的抗生素分離的影響，以拓寬納濾膜的應(yīng)用范圍。
　　采用氨基封端聚乙二醇分子與均苯三甲酰氯（TMC）通過界面聚合工藝制備聚乙二醇基復(fù)合納濾膜。通過改變界面聚合工藝，端氨基聚乙二醇分子量、分子結(jié)構(gòu)等參數(shù)獲得綜合分離性能優(yōu)異的復(fù)合納

3、濾膜；通過紅外光譜、X-射線光電子能譜、掃描電子顯微鏡、Zeta電位分析儀、接觸角測試儀等對膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；通過溶質(zhì)傳遞法測試膜孔徑分布；測試聚乙二醇基納濾膜的的耐污染性、耐氯性與分離性能。研究表明，使用分子量600g mol-1的端氨基聚乙二醇與分子量為2000g mol-1的4臂端氨基聚乙二醇作為水相單體所制備的聚乙二醇基復(fù)合納濾膜具有優(yōu)異的親水性能，純水滲透通量可分別達(dá)13.2L m-2h-1bar-1與9.4L

4、m-2h-1bar-1，是由間苯二胺(MPDA)所制備傳統(tǒng)聚酰胺（記為MPDA/TMC）復(fù)合納濾膜的3倍以上，平均孔徑分別為0.42nm和0.38nm，截留分子量分別為677.8g mol-1與496.2g mol-1，表面荷正電，對MgCl2的截留率分別為95.4％和98.1%。此外，與MPDA/TMC復(fù)合納濾膜相比，由于有飽和的醚氧基團(tuán)，該種納濾膜還具有優(yōu)異的耐污染性能與耐氯性能。
　　使用該種納濾膜對抗生素進(jìn)行分離試驗(yàn)，研究

5、表明，與MPDA/TMC復(fù)合納濾膜相比（5bar下約7.8L m-2h-1），相同壓力下聚乙二醇基復(fù)合納濾膜溶液通量是其4.5倍以上，對荷正電抗生素（妥布霉素）具有92.4%以上的截留率，適用于荷正電抗生素的濃縮與提純。通過多巴胺涂覆進(jìn)一步調(diào)節(jié)該種復(fù)合納濾膜的孔徑，使得該種納濾膜對小分子量荷負(fù)電或兩性抗生素分子的截留率大幅度提升，溶液通量仍可保持MPDA/TMC復(fù)合納濾膜的3倍以上。調(diào)節(jié)進(jìn)料溫度、進(jìn)料壓力、進(jìn)料流速可以改變膜的傳質(zhì)過程與

6、濃差極化現(xiàn)象，從而優(yōu)化該種納濾膜的分離性能。當(dāng)進(jìn)料溫度為30℃，進(jìn)料壓力為8bar，進(jìn)料流量控制在70L h-1進(jìn)料濃度為100ppm時(shí)，該種納濾膜對頭孢氨芐的截留率可高達(dá)93.1%，滲透通量高達(dá)61.5L m-2h-1。當(dāng)濃度為800ppm時(shí)，仍具有優(yōu)異的分離性能；長期使用下，該種膜溶液通量穩(wěn)定，清洗后溶液通量易恢復(fù)（通量恢復(fù)率90%以上）。
　　采用沒食子酸(GA)、聚乙烯亞胺(PEI)共涂覆制備新型疏松復(fù)合納濾膜；通過對自支

7、撐膜成膜行為、自愈行為、表面結(jié)構(gòu)的研究，探索沒食子酸聚乙烯亞胺的成膜機(jī)理。制備了GA/PEI復(fù)合納濾膜，研究涂覆條件對膜染料分離性能的影響，研究其化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)及分離性能，發(fā)現(xiàn)該種納濾膜聚有疏松的孔徑結(jié)構(gòu)，平均孔徑約為0.53nm，截留分子量約為950.0g mol-1，純水滲透通量達(dá)18.0L m-2h-1bar-1，接觸角小于40o，親水性能良好，具有優(yōu)異的耐污染性能。該種膜在醇類、四氫呋喃（THF）溶劑中性能穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐