一种耐溶剂芳纶纳滤膜及其制备方法和应用

本发明涉及一种耐溶剂芳纶纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

0、技术背景

1、随着膜分离技术近年来在药物生产工艺中兴起，越来越多的分离膜用于药物提纯分离，其高效、低污染及高经济性等独特优势得以实现高效分离，将最大限度地节约资源，并且整个过程对环境友好，符合可持续发展的要求，特别是有利于实现零排放工艺。传统的阿奇霉素纯化分离采用溶剂溶解-重结晶法，此法的操作条件极其苛刻，且产物纯度有限，存在溶剂无法回收等问题。为此，亟待开发适用于阿奇霉素纯化的分离膜以解决上述问题。

2、聚对苯二甲酰对苯二胺(poly-p-phenylene terephthamide)是由对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合而成的全对位聚芳酰胺，也被称为对位芳纶纤维。自对位芳纶纤维材料问世以来，得到了研究人员的广泛关注，其优异的化学稳定性与稳定性创造了许多成就。杜邦公司生产的kevlar纤维在作为膜材料方面表现良好，拥有稳定的物理化学性质与优异的耐溶剂性能，但是芳纶基膜表现极其致密，渗透性能较差，需要较高的操作压力，限制了其在膜分离方面的应用。现有研究显示，通过向芳纶基膜中引入大分子量(mw≥2000)聚乙二醇(peg)可制备超滤膜，但该系列超滤膜分离性能较差，且无法应用于有机溶剂分离体系，难以满足工业化药物分离应用需求。

3、cn 113368691 a公开了一种芳纶耐有机溶剂纳滤膜的制备方法，所述方法为：(1)室温下在圆底烧瓶中依次加入氢氧化钾、去离子水、二甲基亚砜，超声溶解；10～30分钟后将氨基聚苯乙烯微球溶液加入到圆底烧瓶中进行超声溶解；1～3小时后，在圆底烧瓶中加入芳纶纤维；将圆底烧瓶置于30～35℃恒温水浴下，机械搅拌12～36小时；将得到的混合铸膜液抽真空脱泡6～18小时，然后将铸膜液均匀地刮在玻璃板上成膜；(2)利用相转换法，将刮制得到的膜立即浸入去离子水中5～20分钟进行相转化得到水凝胶膜；将水凝胶膜用纯水洗涤至ph为5～8；将膜取出沥干，再于35℃～75℃真空干燥10～14小时，得到芳纶耐有机溶剂纳滤膜。该专利制备的芳纶耐有机溶剂纳滤膜具有高通量和高有机溶剂耐受性，对分子量小于800的染料和聚乙二醇具有较高的截留率。但是该专利所使用的氨基聚苯乙烯微球材料价格昂贵，制膜成本较高，且氨基聚苯乙烯微球通过化学接枝的形式存在于芳纶膜内部，其结合作用力非强键合力，内部微观结构存在一定随机性。另外，耐溶剂性能仅讨论了溶胀性，没有研究其制备的膜经溶剂浸泡后的性能变化。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低成本的耐溶剂芳纶纳滤膜及其制备方法和在染料和阿奇霉素分离纯化中的应用。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种耐溶剂芳纶纳滤膜的制备方法，所述制备方法为：

4、(1)将洁净的芳纶纤维溶于二甲基亚砜和饱和氢氧化钾水溶液的混合溶液中，30～40khz超声处理1～1.5h，得到浅红褐色溶液a；其中芳纶纤维与氢氧化钾的质量比为1:1～1:3；

5、(2)将聚乙二醇加入至溶液a中，于30℃～40℃下搅拌16～24h，待芳纶纤维完全溶解后，得到溶液b；所述的聚乙二醇分子量为400～800；

6、(3)将溶液b静置于真空环境下进行脱泡处理，得到铸膜液c；

7、(4)将无纺布作为底衬覆盖并固定于洁净玻璃板上，将适量铸膜液c倾倒于覆盖无纺布的玻璃板上，于室温且环境湿度低于60％条件下，使用不锈钢刮刀将铸膜液刮制成薄膜，滞空一定时间后将玻璃板缓慢浸入室温去离子水中等待相转化完成，得到水凝胶膜；

8、(5)将水凝胶膜用去离子水充分浸泡清洗，再于40℃～60℃真空干燥10～14h，即得到耐溶剂芳纶纳滤膜；

9、以芳纶纤维、二甲基亚砜、饱和氢氧化钾水溶液和聚乙二醇的总质量为100％，二甲基亚砜的质量分数为70％～90％，聚乙二醇的质量分数为5％～20％。

10、本发明使用的芳纶纤维为kevlar纤维。

11、作为优选，所述的耐溶剂芳纶纳滤膜的实际厚度控制在150～200μm。

12、作为优选，步骤(1)中，芳纶纤维与氢氧化钾质量比为2:3。

13、作为优选，步骤(1)中，超声频率和时间为40khz和1h。

14、作为优选，步骤(2)中，聚乙二醇的质量分数为5％～15％。

15、作为优选，步骤(2)中，搅拌温度为40℃。

16、作为优选，步骤(4)中，滞空时间为8-12秒，更优选10秒。

17、作为优选，步骤(5)中，真空干燥温度为60℃。

18、第二方面，本发明提供了根据第一方面所述方法制备得到的耐溶剂芳纶纳滤膜。

19、第三方面，本发明提供了所述耐溶剂芳纶纳滤膜在染料分离纯化中的应用，所述染料的分子量在600da以上。

20、作为优选，所述染料的分子量在696da以上。

21、第四方面，本发明提供了所述耐溶剂芳纶纳滤膜在阿奇霉素分离纯化中的应用。

22、与现有技术相比，本发明基于芳纶基膜的独特性质，通过引入价格低廉、分子量适宜的致孔剂聚乙二醇(peg)调整其内部结构，使得芳纶基膜内部原本紧凑的多层结构层间距增加且并未改变其致密结构，制备了一系列芳纶纳滤膜，在保留其优异分离性能的同时极大提升了对染料和阿奇霉素溶液的渗透性能，且制备的芳纶纳滤膜仍然表现出强大的耐有机溶剂性能，长时间运行并不影响其渗透分离性能。具体而言，本发明具有如下优势：

23、(1)本发明制备工艺简便，原料成本低，操作简单可行，低污染环保，便于工业化应用。

24、(2)本发明制备的耐溶剂芳纶纳滤膜相比于未引入致孔剂聚乙二醇的芳纶基膜，对乙醇的渗透系数明显提高，而对分子量在696da以上的染料以及阿奇霉素(azt)的截留率基本保持不变。

25、(3)本发明制备的耐溶剂芳纶纳滤膜，相比芳纶基膜在不同溶剂(甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、正己烷)，其渗透性能均优于基膜。

26、(4)本发明制备的耐溶剂芳纶纳滤膜对一定分子量物质具有精确的截留性能，其通过精确的孔径筛分和稳定的内部结构实现优异的渗透分离性能，且溶剂渗透性能良好，耐溶剂性能强，适用于不同溶剂下的操作环境。

27、(5)本发明制备的耐溶剂芳纶纳滤膜以芳纶纳米纤维为主要骨架，机械性能与化学稳定性优异。

28、(6)本发明制备的耐溶剂芳纶纳滤膜所引入的聚乙二醇未存留在成膜内部，peg使kanf膜内部多层结构重构，发挥作用后在清洗、烘干处理过程中便脱离膜。

29、(7)本发明的耐溶剂芳纶纳滤膜，在不同类型溶剂中溶胀率低，并且其分离性能受溶剂影响较小。

技术特征：

1.一种耐溶剂芳纶纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的耐溶剂芳纶纳滤膜的实际厚度控制在150～200μm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，芳纶纤维与氢氧化钾质量比为2:3。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，超声频率和时间为40khz和1h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，聚乙二醇的质量分数为5％～15％。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，搅拌温度为40℃。

7.根据权利要求1所述制备方法得到的耐溶剂芳纶纳滤膜。

8.如权利要求7所述的耐溶剂芳纶纳滤膜在染料分离纯化中的应用，其特征在于：所述染料的分子量在600da以上。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：所述染料的分子量在696da以上。

10.如权利要求7所述的耐溶剂芳纶纳滤膜在阿奇霉素分离纯化中的应用。

技术总结
本发明公开了一种耐溶剂芳纶纳滤膜及其制备方法和应用，所述制备方法为：(1)将洁净的芳纶纤维溶于二甲基亚砜和饱和氢氧化钾水溶液的混合溶液中，超声处理得到溶液A；(2)将聚乙二醇加入至溶液A中，得到溶液B；(3)将溶液B静进行脱泡处理，得到铸膜液C；(4)将无纺布作为底衬倾倒铸膜液C并刮制成薄膜，滞空后将玻璃板浸入室温去离子水中，待相转化完成得到水凝胶膜；(5)将水凝胶膜水洗、真空干燥得到耐溶剂芳纶纳滤膜。本发明提供了所述的耐溶剂芳纶纳滤膜在染料或阿奇霉素分离纯化中的应用，在保留其优异分离性能的同时极大提升了对染料和阿奇霉素溶液的渗透性能，且制备的芳纶纳滤膜表现出强大的耐有机溶剂性能。

技术研发人员：徐燕青,熊佳琦,沈江南,邱奇特
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7