КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2012 года по МПК B01D71/06 B01D71/02 B01D69/08 B01D67/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к композиционным материалам, а более конкретно к композиционным мембранным материалам на основе полимерных материалов, используемых для очистки жидкости, в частности питьевой воды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время среди мембранных материалов, применяемых для очистки жидких сред, в частности для водоочистки, используются полимерные материалы, принадлежащие к различным классам: полиолефины, полисульфоны, полиамиды, полиакрилаты, полиэфиры и т.д. Мембранные материалы могут быть получены методом экструзии с последующей вытяжкой или, например, методом инверсии фаз. Такие мембраны имеют уникальную фибриллярно-пористую матрицу (далее просто матрицу), состоящую из нитеобразных агрегатов макромолекул (фибрилл), разделенных микропустотами (порами). Фиг.1. Поскольку фибриллы разобщены в пространстве, а их поверхность составляет поверхность стенок микропустот, такая матрица содержит огромное количество пор, образующих в целом пористую мембранную поверхность. При этом под «пористой мембранной поверхностью» следует понимать общую поверхность всех имеющихся в матрице пор, в том числе поверхность пор, расположенных с внешней стороны мембраны (далее поверхность пор матрицы).

Мембранные материалы, изготовленные из полиолефинов, например полиэтилена или полипропилена (полученные методом экструзии с последующей вытяжкой, имеющие фибриллярно-пористую матрицу), обладают рядом заметных преимуществ: высочайшей механической прочностью, отличной химической стойкостью к работе в различных средах, возможностью в широких пределах контролировать транспортные и барьерные свойства мембран на их основе. Единственным недостатком мембранных материалов на основе полиолефинов, который является существенным препятствием их широкого использования для фильтрации водных растворов, является их гидрофобность.

Все мембранные материалы являются микробиологически небезопасными, поскольку в силу своих барьерных свойств, они в той или иной степени подвержены микробиологическому обрастанию с образованием на их поверхности биофильма и потенциально неконтролируемым развитием микрофлоры. Контроль за бактериостатичностью поверхности мембранных материалов может быть осуществлен различными способами, например, с использованием полимерных покрытий на поверхности мембранного материала, которые обладают бактериостатическими свойствами или использованием антибактериально-активных ионов металлов при получении мембранных материалов.

Из уровня техники известен гидрофильный мембранный материал на основе полиолефинов и метод его получения по патенту США №4,717,479, MITSUBISHI RAYON СО, опубл. 05.01.1988, B01D 67/00, в соответствии с которым на поверхности полиолефиновой гидрофобной мембраны проводится полимеризация пленки гидрофилизующего мономера с величиной 2<HLB>20 (предпочтительно 5<HLB>15). Недостатками данного материала является то, что используемые полимеры обладают низкой химической стабильностью, способны активно набухать с уменьшением проницаемости мембраны и не обладают бактериостатичностью.

Из патента Японии №10-004852, SLIONTEC КК, опубл. 13.01.1998, А01М 21/04, известен гидрофильный материал на основе полипропилена, препятствующий росту и развитию микробиологических объектов, в частности водорослей, содержащий частицы серебросодержащего цеолита. Недостатком данного материала является то, что при этом сложно поддерживать достаточную для эффективного предотвращения роста микроорганизмов, а также стабильную и воспроизводимую фоновую концентрацию ионов серебра, которая будет зависеть, в частности, от размеров частиц цеолита.

Известен половолоконный мембранный материал по патенту Японии №02-152530, MITSUBISHI RAYON CO, опубл. 12.06.1990, B01D 69/00, B01D 67/00. На поверхности пористой полиэтиленовой мембраны, в результате проведения реакции серебряного зеркала, осаждается слой металлического серебра, препятствующий зарастанию поверхности грибками. Недостатком данного мембранного материала является то, что при проведении реакции серебряного зеркала образуется слой металлического серебра, обладающий малой удельной поверхностью, что препятствует образованию заметных фоновых концентраций ионов серебра в области, непосредственно примыкающей к мембране. Кроме того, образование металлического слоя на поверхности мембраны не приводит к гидрофилизации ее поверхности, т.е. поверхность остается гидрофобной и после высыхания мембраны она будет непригодна к использованию для фильтрации водных растворов.

В патенте США №6,652,751, ATIONAL RESEARCH COUNCIL OF CANADA, опубл. 25.11.2003, B01D 69/00, B01D 67/00, описан мембранный материал и установка для фильтрации воды, использующая данный материал. Описываемый материал представляет из себя бактериостатическую полимерную мембрану, полученную либо путем адсорбции ионов металлов, обладающих бактериостатическими свойствами, с последующим восстановлением их до металлов in situ, либо путем введения ионов металлов, обладающих бактериостатическими свойствами, в мембрану в процессе ее формования с последующим восстановлением до соответствующих металлов. Недостатком данного материала является возможность использования только крайне ограниченного набора исходных мономеров для синтеза полимерной мембраны, что предполагает крайне узкий диапазон свойств потенциально получаемых полимерных мембран. Полимерные материалы, получаемые по методу восстановления in situ ионов, адсорбированных на поверхности, будут обладать крайне низкими бактериостатическими и бактерицидными свойствами, поскольку величина адсорбции ионов металлов на поверхности полимерных материалов мала и при таком способе невозможно получить материал с заметным содержанием металла в готовой мембране.

Из литературы известны композиционные материалы, выполненные из полимерной мембраны, покрытой гидрофилизующей полимерной пленкой, содержащей различного вида диспергированные добавки частиц металла с антибактериальными свойствами для придания этим композиционным мембранам бактерицидных свойств (патент Японии №2005111429, TORAY INDUSTRIES, опубл. 28.04.2005, B01D 69/00). Как правило, подобные гидрофилизующие пленки являются достаточно плотными и уменьшают проницаемость мембраны или они легко смываются водой.

Известны композиционные фильтрующие материалы, обладающие антимикробной активностью, содержащие кластеры или наночастицы металла, обладающего антибактериальными свойствами, диспергированные в среде-носителе.

Например, известен композиционный фильтрующий материал, обладающий антимикробной активностью, который содержит на поверхности носителя (алюмосиликат, диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана) трехслойную структуру из серебросодержащих наночастиц, в которой первый от носителя слой содержит частицы металлического серебра, второй слой содержит частицы оксидов серебра, а третий слой содержит кластеры серебра. Способ получения материала включает очистку поверхности носителя, обработку носителя водным раствором соли двухвалентного олова, обработку водным раствором соли серебра, промывку носителя деминерализованной водой, затем осуществление восстановления ионов серебра путем фотоактивации в фазе носителя до образования на ее поверхности слоя, содержащего наночастицы серебра и сушку (RU 2315649, Парфенов А.С., опубл. 27.01.2008, B01D 39/00). Однако использование известной трехслойной структуры из серебросодержащих наночастиц в составе композиционных материалов для фильтрационной очистки жидкости, в которых в качестве носителя используют полимерные мембранные материалы, неэффективно, из-за сложной технологии получения известной структуры, а также из-за возможного вымывания серебра из материала в процессе его эксплуатации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является гидрофильная антибактериальная пористая мембрана, выполненная из полимерной мембраны, представляющей из себя фибриллярно-пористую матрицу, содержащую гидрофильный полимер и антибактериальный агент (JP05-115760, MITSUBISHI RAYON CO LTD, опубл. 14.05.1993, B01D 69/00, B01D 67/00). Поверхность пор матрицы покрыта слоем гидрофильного полимера, содержащим диспергированный металлический антибактериальный агент. Гидрофильный слой удерживается на мембране за счет механического сцепления гидрофильного полимера с фибриллярно-пористой матрицей («якорный механизм»), при этом металлический антибактериальный агент находится в гидрофильном слое в диспергированном состоянии и непосредственно сам никак не связан с поверхностью пор матрицы.

В качестве полимерной пористой мембраны используют мембрану, имеющую фибриллярно-пористую структуру, например, на основе полиэтилена или полипропилена. В качестве гидрофильного полимера используют мономер, например диметилакриламид или винилпирролидон, или полимер, например, на основе одного из указанных мономеров, а в качестве металлического антибактериального агента используют мелкодисперсный порошок, содержащий тяжелые металлы, обладающие антибактериальными свойствами, например медь или серебро, или их соединения.

Гидрофильную антибактериальную пористую мембрану получают при погружении гидрофобной полимерной мембраны в раствор, содержащий металлический антибактериальный агент и гидрофильный полимер. При этом, если в качестве гидрофильного полимера используют мономер, то формирование гидрофильного слоя на поверхности пор матрицы происходит за счет полимеризации мономера в присутствии инициатора (например, перекиси бензоила или азобисизобутиронитрилла), а если в качестве гидрофильного полимера используют полимер, то за счет испарения растворителя при термообработке.

Однако, полученный в данных условиях гидрофилизующий слой хорошо растворим в воде и будет быстро смываться, так как данный слой не связан с поверхностью гидрофобной мембраны химической связью. Также отсутствует какая-либо связь металлического антибактериального агента, диспергированного в слое гидрофильного полимера, непосредственно с пористой мембранной поверхностью, что может приводить к неконтролируемому выделению указанного металлического антибактериального агента в фильтрат и снижению антибактериальной активности композиционной мембраны. Помимо этого диспергированные частицы металлического мелкодисперсного порошка будут иметь размеры порядка нескольких десятков микрометров, т.е. будут достаточно крупными и, следовательно, будут иметь малую удельную поверхность (величина удельной поверхности обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы), что будет препятствовать образованию заметных фоновых концентраций ионов соответствующего металла в области, непосредственно примыкающей к мембране.

Кроме того, термообработка, используемая на стадии получения композиционной мембраны, может приводить к деградации структуры мембраны и необратимым изменениям в ее фибриллярно-пористой морфологии, приводящим к снижению проницаемости или возникновению структурных дефектов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения положена задача создать новый композиционный материал, позволяющий избежать указанных недостатков.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является достижение устойчивой гидрофильности полимерной мембраны в процессе ее эксплуатации при одновременном сохранении проницаемости полимерной мембраны и повышении бактериостатичности композиционного материала.

Дополнительным техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение бактериостатичности околомембранного пространства в процессе фильтрации жидкости.

Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются за счет создания нового композиционного материала для фильтрационной очистки жидкости, выполненного из полимерной мембраны, представляющей из себя фибриллярно-пористую матрицу, содержащую гидрофильный полимер и металлический антибактериальный агент, где согласно изобретению фибриллярно-пористая матрица содержит по меньшей мере в части своего объема устойчивые активные зоны, состоящие из кластеров металлического антибактериального агента в комбинации с молекулами гидрофильного полимера, при этом по меньшей мере часть кластеров металлического антибактериального агента связана друг с другом и с поверхностью пор матрицы молекулами гидрофильного полимера, причем по меньшей мере часть кластеров металлического антибактериального агента дополнительно химически связана с поверхностью пор матрицы, где среднее расстояние между активными зонами меньше, чем по меньшей мере трехкратный средний диаметр пор матрицы. При этом кластеры металлического антибактериального агента сформированы осаждением из раствора гидрофильного полимера и ионов соответствующего металла посредством щелочного агента, где в качестве щелочного агента используют водный раствор гидроксида щелочного или щелочноземельного металла, например гидроксид калия или натрия. Причем количество кластеров металлического антибактериального агента составляет не более 50 мг на 1 м² внешней поверхности полимерной мембраны, а количество гидрофильного полимера составляет не более 80 мг на 1 м² внешней поверхности полимерной мембраны, где в качестве полимерной мембраны используют мембрану на основе полиолефинов, полиакрилатов, полиэфиров, полиамидов или полисульфонов. Предпочтительным является использование половолоконной мембраны на основе полеолефинов, предпочтительно полиэтилена. При этом в качестве гидрофильного полимера используют, например, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, полиамины или любую их комбинацию. Предпочтительным является использование поливинилового спирта. При этом кластеры металлического антибактериального агента представляют из себя, например, кластеры серебра, меди или золота.

Именно за счет наличия в композиционном материале устойчивых активных зон, содержащих кластеры металлического антибактериального агента в комбинации с молекулами гидрофильного полимера, их определенного распределения по объему фибриллярно-пористой матрицы, а также определенной связи («симбиотического» взаимодействия) кластеров металлического антибактериального агента и молекул гидрофильного полимера как друг с другом, так и с поверхностью пор матрицы, где кластеры металлического антибактериального агента дополнительно химически связаны с поверхностью пор матрицы, в сравнении с прототипом, достигается устойчивая гидрофильность полимерной мембраны в процессе ее эксплуатации при одновременном сохранении ее проницаемости и повышении бактериостатичности композиционного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - электронная фотография полиэтиленовой мембраны, полученной методом экструзии с последующей вытяжкой. На фотографии хорошо видна морфология фибриллярно-пористой матрицы полимерной мембраны.

Фиг.2 - электронная фотография композиционного мтериала.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Активная зона представляет из себя кластер металлического антибактериального агента (далее просто кластер), например меди, золота или серебра, окруженный молекулами гидрофильного полимера. Формирование активных зон в фибриллярно-пористой матрице полимерной мембраны происходит во время контакта мембраны со свежеприготовленным медленнокоагулирующим золем, содержащим кластеры. Золообразование - сложный процесс, начинающийся с нуклеации (процесса зародышеобразования), который представляет из себя зарождение активных металлических частиц, впоследствии образующих кластеры, в процессе восстановления ионов металла в растворе гидрофильного полимера посредством щелочного агента. Мембрану приводят в контакт с золем сразу же после добавления щелочного агента в раствор гидрофильного полимера, содержащего ионы металла, обладающего бактериальными свойствами, и предпочтительно не позднее 5 минут после этого. Так как именно в это время происходит образование активных металлических зародышей, позднее формирующих кластеры металлического антибактериального агента, способных химически сцепляться с поверхностью пор матрицы. Образование зародышей происходит через образование гидроксида соответствующего металла и его дальнейшее разложение, где молекулы гидрофильного полимера играют роль стабилизатора образующихся активных металлических частиц. Стабилизация происходит за счет покрытия поверхности активных металлических зародышей молекулами гидрофильного полимера, в результате чего и осуществляется формирование устойчивых активных зон, содержащих в комбинации с молекулами гидрофильного полимера кластеры с распределением по размерам, приблизительно, от 10 до 100 нм (Фиг.2), при этом количество кластеров будет составлять не более 50 мг на 1 м² внешней поверхности мембраны, а количество гидрофильного полимера не более 80 мг соответственно. Рост и структуризация кластеров металла в присутствии гидрофильного полимера протекает в щелочной среде (pH≥11) и при температуре до 50°С. Размеры формируемых кластеров близки к размерам большинства биологических макромолекул, а их высокая антибактериальная активность, обусловленная большой удельной площадью поверхности и особенной структурой, превосходит активность ионов. Поэтому использование крайне незначительных количеств кластеров металлического антибактериального агента достаточно для подавления развития микроорганизмов на поверхности мембраны, а также для поддержания стабильной и воспроизводимой фоновой концентрации ионов антибактериального агента в области, непосредственно примыкающей к мембране.

Кластеры в комбинации с молекулами гидрофильного полимера формируют устойчивые активные зоны, которые хорошо видны на фотографии, полученной с помощью электронного микроскопа, Фиг.2. Устойчивые активные зоны наблюдаются как на поверхности, так и в объеме мембраны, при этом на фотографии хорошо видно, что они не образуют сплошной фазы, а наоборот, среднее расстояние между активными зонами меньше, чем по меньшей мере трехкратный средний диаметр пор матрицы. При прохождении жидкости через поры мембраны активные зоны не разрушаются, не происходит вымывания молекул гидрофильного полимера из матрицы. Это связано с тем, что по меньшей мере часть молекул гидрофильного полимера не просто механически сцеплена с поверхностью пор матрицы, но также и за счет кластеров металла, которые как «заклепки» удерживают цепи гидрофильного полимера на поверхности пор («заклепочный механизм»), так как по меньшей мере часть кластеров при этом дополнительно химически связана с поверхностью пор матрицы. Это возможно в силу того, что в процессе получения полимерной мембраны, особенно методом экструзии с последующей вытяжкой, вытянутая поверхность полимера становится напряженной и на ней в незначительных количествах образуются активные функциональные группы, с которыми как раз и могут сцепляться активные металлические зародыши (впоследствии образующие кластеры металлического антибактериального агента), сформированные осаждением, из раствора гидрофильного полимера и ионов соответствующего металла посредством щелочного агента. Таким образом наблюдается «симбиотическое взаимодействие» между кластерами металла, молекулами гидрофильного полимера и фибриллярно-пористой матрицей, придающее активным зонам устойчивость, за счет чего при минимальных количествах в пористой матрице гидрофильного полимера, в сравнении с прототипом, в процессе эксплуатации мембраны достигается ее устойчивая гидрофильность при одновременном сохранении ее проницаемости и повышении бактериостатичности композиционного материала, при этом дополнительно достигается повышение бактериостатичности околомембранного пространства в процессе фильтрации жидкости.

Помимо этого в композиционном материале, в объеме его фибриллярно-пористой матрицы, могут присутствовать кластеры, не связанные друг с другом молекулами гидрофильного полимера. Они могут находиться в виде локальных активных зон. Локальная активная зона может представлять из себя, например, кластер металлического антибактериального агента, расположенный на отдельной фибрилле пористой матрицы, опутанный молекулами гидрофильного полимера, при этом кластер может быть дополнительно химически связан («заклепочный механизм») с поверхностью фибриллы и сами молекулы гидрофильного полимера могут, например, замыкаться на фибрилле в виде гидрофильного «кольца», обеспечивая устойчивость локальной активной зоны. При этом локальные активные зоны в совокупности также будут способствовать достижению устойчивой гидрофильности полимерной мембраны при одновременном сохранении ее проницаемости и повышении бактериостатичности композиционного материала, а также дополнительно способствовать повышению бактериостатичности околомембранного пространства в процессе фильтрации жидкости.

В качестве полимерной мембраны используют мембрану на основе полиолефинов, полиакрилатов, полиэфиров, полиамидов или полисульфонов. Предпочтительным является использование половолоконной мембраны на основе полеолефинов, предпочтительно полиэтилена.

В качестве гидрофильного полимера используют, например, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, полиамины или любую их комбинацию. Предпочтительным является использование поливинилового спирта.

Кластеры металлического антибактериального агента могут представлять из себя, например, кластеры серебра, меди или золота.

Композиционный материал получают обработкой полимерной мембраны, имеющей фибриллярно-пористую матрицу, свежеприготовленным медленнокоагулирующим золем, содержащим кластеры металлического антибактериального агента, стабилизированные молекулами гидрофильного полимера. Золь получают подщелачиванием раствора, содержащего гидрофильный полимер и соответствующий металл в ионной форме, обладающий бактериальными свойствами. Подщелачивание осуществляют до значения рН не менее 11, предпочтительно не менее 12. Обработку полимерной мембраны осуществляют сразу же после образования золя путем выдерживания мембраны в свежеприготовленном медленнокоагулирующем золе в течение не менее одного часа, после чего мембрану промывают водой и высушивают при температуре предпочтительно не менее 20°С и не более 50°С. В качестве раствора гидрофильного полимера в зависимости от способа получения используют водный раствор или водно-спиртовой раствор гидрофильного полимера на основе одноосновных или двухосновных спиртов, предпочтительно на основе этанола. При использовании водного раствора гидрофильного полимера гидрофобную мембрану следует предварительно смочить, обработав спиртоглицериновой смесью, для обеспечения лучшего контакта поверхности пористой матрицы со свежеприготовленным золем. Для подщелачивания применяют щелочной агент, в качестве которого используют водный раствор гидроксида щелочного или щелочноземельного металла, например гидроксид калия или натрия. В качестве ионов металла используют ионы серебра, золота или меди.

Для повышения проницаемости полимерных мембран, например полиолефиновых, их, как правило, могут подвергать термостабилизации. Термостабилизацию полимерной мембраны заявленного композиционного материала можно осуществлять как до обработки мембраны свежеприготовленным золем, так и после обработки или частично до обработки и частично после.

Ниже приведены примеры получения заявленного композиционного материала.

Пример 1.

К 60 мл 2% раствора поливинилового спирта приливают 30 мл водно-этанольной смеси (этанол-вода 1:1 по объему), затем 30 мл раствора AgNO₃ (2 г/л Ag, подкисленный азотной кислотой), затем при перемешивании - 30 мл спирта. К полученному прозрачному раствору при перемешивании добавляют 7,5 мл водного раствора гидроксида натрия (4 н.). При добавлении щелочи раствор приобретает коричневую окраску. Свежеприготовленный медленнокоагулирующий золь используют для обработки предварительно термостабилизированной половолоконной мембраны на основе полиэтилена сразу (в течение 1 минуты), так как именно в это время происходит образование активных металлических частиц серебра, впоследствии формирующих кластеры серебра, способных химически сцепляться с поверхностью пор матрицы («заклепочный механизм»). Образование зародышей происходит через образование AgOH и его дальнейшее разложение. При этом молекулы поливинилового спирта стабилизируют образующиеся активные зародыши с формированием устойчивых активных зон, содержащих в комбинации с молекулами поливинилового спирта кластеры серебра с распределением по размерам приблизительно от 30 до 70 нм, при этом количество кластеров серебра будет составлять 0,5 мг на 1 м² внешней поверхности мембраны, а количество гидрофильного полимера 40 мг на 1 м² внешней поверхности мембраны. Рост и структуризация кластеров серебра в присутствии молекул поливинилового спирта протекает в щелочной среде (рН≥11) и при температуре 25°С. Выдерживают мембрану в золе в течение приблизительно 1-1,5 ч. При этом половолоконная мембрана приобретает зеленовато-бурую окраску, а золь темнеет и мутнеет (до темного серо-коричневого). По истечении времени обработки мембрану извлекают из золя, промывают водой и высушивают.

Пример 2.

Предварительно термостабилизированную половолоконную мембрану на основе полиэтилена обрабатывают спирто-глицериновой смесью (можно без высушивания) для обеспечения наилучшего контакта поверхности пористой матрицы со свежеприготовленным золем. Спирто-глицериновая смесь - раствор глицерина в этаноле (20% масс.) К 60 мл 2% раствора поливинилового спирта приливают 60 мл воды, затем 30 мл раствора AgNO₃ (2 г/л Ag, подкисленный азотной кислотой). К полученному прозрачному раствору при перемешивании добавляют 7,5 мл водного раствора гидроксида натрия (4 н.). Раствор приобретает красно-коричневую окраску. Свежеприготовленный медленнокоагулирующий золь используют для обработки предварительно термостабилизированной половолоконной мембраны на основе полиэтилена сразу (в течение 1 минуты), так как именно в это время происходит образование активных металлических частиц серебра, впоследствии формирующих кластеры серебра, способных химически сцепляться с поверхностью пор матрицы («заклепочный механизм»). Образование зародышей происходит через образование AgOH и его дальнейшее разложение. При этом молекулы поливинилового спирта стабилизируют образующиеся активные зародыши с формированием устойчивых активных зон, содержащих в комбинации с молекулами поливинилового спирта кластеры серебра с распределением по размерам приблизительно от 20 до 90 нм, при этом количество кластеров серебра будет составлять 0,7 мг на 1 м² внешней поверхности мембраны, а количество гидрофильного полимера 50 мг на 1 м² внешней поверхности мембраны. Рост и структуризация кластеров серебра в присутствии молекул поливинилового спирта протекает в щелочной среде (рН≥11) и при температуре 25°С. Выдерживают мембрану в золе в течение приблизительно 1-1,5 ч. При этом мембрана приобретает бурую окраску, а золь темнеет и мутнеет до темно-бурого. По истечении времени обработки половолоконную мембрану вынимают, промывают водой и высушивают.

Заявленный композиционный материал может быть использован в устройствах для очистки жидкости, в том числе питьевой воды, в тех случаях, когда необходимо обеспечить, помимо высокой производительности, бактериостатичность фильтрующей среды, а также дополнительно бактериостатичность околомембранного пространства. Кроме того, композиционный материал может быть использован для придания гидрофильных и бактериостатических свойств поверхностям полимерных материалов.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в связи с тем вариантом его осуществления, который в настоящее время считается наиболее практически выгодным и предпочтительным, следует понимать, что данное изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления, а наоборот, оно охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к композиционным мембранным материалам для очистки жидкости, в частности питьевой воды. Материал для фильтрационной очистки жидкости выполнен из полимерной мембраны, представляющей из себя фибриллярно-пористую матрицу, содержащую гидрофильный полимер и металлический антибактериальный агент. Фибриллярно-пористая матрица содержит устойчивые активные зоны, состоящие из кластеров металлического антибактериального агента в комбинации с молекулами гидрофильного полимера. Часть кластеров металлического антибактериального агента связана друг с другом и с поверхностью пор матрицы молекулами гидрофильного полимера, часть кластеров металлического антибактериального агента дополнительно химически связана с поверхностью пор матрицы. Среднее расстояние между активными зонами меньше, чем по меньшей мере трехкратный средний диаметр пор матрицы. Размер активной зоны составляет 10-100 нм. Техническим результатом является получение устойчивой гидрофильности полимерной мембраны при сохранении проницаемости мембраны и повышение бактериостатичности композиционного материала. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

1. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости, выполненный из полимерной мембраны, представляющей из себя фибриллярно-пористую матрицу, содержащую гидрофильный полимер и металлический антибактериальный агент, отличающийся тем, что фибриллярно-пористая матрица содержит по меньшей мере в части своего объема устойчивые активные зоны, состоящие из кластеров металлического антибактериального агента в комбинации с молекулами гидрофильного полимера, при этом по меньшей мере часть кластеров металлического антибактериального агента связаны друг с другом и с поверхностью пор матрицы молекулами гидрофильного полимера, причем по меньшей мере часть кластеров металлического антибактериального агента дополнительно химически связана с поверхностью пор матрицы, а среднее расстояние между активными зонами меньше, чем по меньшей мере трехкратный диаметр пор матрицы, при этом размер активной зоны составляет от 10 до 100 нм, количество кластеров металлического антибактериального агента составляет не более 50 мг на 1 м² внешней поверхности полимерной мембраны, а количество гидрофильного полимера составляет не более 80 мг на 1 м² внешней поверхности полимерной мембраны.

2. Композиционный материал для фильтрацнонной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерной мембраны используют мембрану на основе полиолефинов, полиакрилатов, полиэфиров, полиамидов или полисульфонов.

3. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости по п.2, отличающийся тем, что предпочтительно используют половолоконную мембрану.

4. Композиционный материал для фильтрациоиной очистки жидкости по п.2, отличающийся тем, что предпочтительно используют мембрану на основе полиолефинов.

5. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости по п.4, отличающийся тем, что предпочтительно используют мембрану на основе полиэтилена.

6. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного полимера используют, например, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, полиамины или любую их комбинацию.

7. Композиционный материал для фильтрацнонной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного полимера предпочтительно используют поливиниловый спирт.

8. Композиционный материал для фильтрационной очистки жидкости по п.1, отличающийся тем, что кластеры металлического антибактериального агента представляют из себя, например, кластеры серебра, меди или золота.