一种面向沼液纯化的高通量正电纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种使用高通量正电纳滤膜进行沼液纯化处理的概念。在本发明专利技术中使用亲水性碳量子点进行纳滤膜的改性，使其保持高通量的同时，水通量增加了2.29倍。改性后的纳滤膜对于沼液中的赖氨酸、亮氨酸和谷氨酸具有很高的截留，最高可达94.3%。同时对于氨基酸和负价离子的分离因子达到了2.45，说明制备的纳滤膜具有很大的潜力进行沼液的纯化处理。

A high throughput nanofiltration membrane for purification of biogas slurry and its preparation

The invention provides a concept of purification treatment of biogas slurry by using high-throughput positive electric nanofiltration membrane. In the invention, hydrophilic carbon quantum dots are used to modify the nanofiltration membrane so as to maintain the high flux and increase the water flux by 2.29 times. The modified nanofiltration membrane has a high retention of lysine, leucine and glutamic acid in biogas slurry, up to 94.3%. At the same time, the separation factor of amino acid and anion reached 2.45, which indicated that the nanofiltration membrane had great potential for purification of biogas slurry.

【技术实现步骤摘要】
一种面向沼液纯化的高通量正电纳滤膜及其制备方法
本专利技术涉及一种面向沼液纯化处理的高通量正电纳滤膜及其制备方法，属于膜分离材料

技术介绍
沼液是由人、畜粪便以及农作物桔秆等各种有机物经过厌氧发酵后的残余物。其中含有大量的氨基酸，是液体肥料的原料。其速效营养能力强，养分可利用率高，能迅速被作物吸收利用，不但能提高作物的产量和品质,而且具有防病抗逆作用，是一种优质的有机液体肥料。但由于沼液含水量高，体积大，运输、贮存条件困难且沼液排放的连续性与农田施肥的季节性存在矛盾，因此仍有相当大规模的沼液因无法及时消纳利用而直接排放，这不仅会对环境及人类健康产生威胁，同时也是一种严重的资源浪费。但同时沼液中含有大量的硫酸根和氯离子，会影响沼液中的有益物质的纯度。因此若能将液体中氨基酸进行纯化回收，将有效实现沼液的无害化、资源化的综合利用。膜分离技术不仅可以有效去除污染物获得高质量的透过液，而且能够实现养分的浓缩获得富含营养物质的浓缩液。纳滤(NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术，膜孔径在0.5-2nm左右，适宜分离大小约为1nm的溶解组分，故称为“纳滤”。因此选用合适的纳滤膜进行沼液的纯化处理具有很大的前景。
技术实现思路
本专利技术提出了一种面向沼液纯化处理的高通量荷正电的纳滤膜。利用碳量子点对纳滤膜进行改性后，可以提高膜的水通量，通过电性的选择，可以达到对沼液中氨基酸和负价离子的分离。本专利技术的第一个方面，提供了：一种纳滤膜，是由基膜、碳量子点中间层和选择分离层依次复合而成。在一个实施方式中，所述的选择分离层是由聚酰胺类材料。在一个实施方式中，所述的选择分离层带有荷正电性。在一个实施方式中，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等。本专利技术的第二个方面，提供了：上述的纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：第1步，提供基膜；第2步，在基膜的表面涂覆碳量子点中间层；第3步，通过界面聚合的方法在碳量子点中间层上制备界面聚合层。在一个实施方式中，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等。在一个实施方式中，第2步中是将基膜浸于含有碳量子点的悬浮液中进行涂覆；碳量子点在悬浮液中的浓度2～6wt%，碳量子点的表面经过了活化剂处理。在一个实施方式中，活化剂是2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）。在一个实施方式中，第3步是通过胺类单体与酰氯类单体通过界面聚合法制备得到。在一个实施方式中，胺类单体是聚乙烯亚胺，胺类单体在水相中的浓度1-3%；酰氯类单体是均苯三酰氯，酰氯类单体在有机相中的浓度0.1-3%。本专利技术的第三个方面，提供了：上述的纳滤膜在用于对沼液中的氨基酸和无机盐的分离中的应用。在一个实施方式中，所述的氨基酸选自赖氨酸、亮氨酸或者谷氨酸，所述的无机盐选自Na2SO4或者NaCl。在一个实施方式中，高通量荷正电的纳滤膜用于提高对氨基酸和无机盐的分离因子。在一个实施方式中，高通量荷正电的纳滤膜用于提高对沼液的分离过程中的水通量。本专利技术的第四个方面，提供了：碳量子点作为基膜和选择分离层的中间层在用于提高对沼液过滤过程中的通量中的应用。本专利技术的第五个方面，提供了：2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）用于制备纳滤膜中的应用。在一个实施方式中，所述的2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）用于对碳量子点进行活化。在一个实施方式中，所述的2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）用于提高纳滤膜对沼液分离过程中的水通量。有益效果本专利技术利用荷正电纳滤膜对于正电离子具有很高的截留率，对于负价离子截留率较低的机理，能有效截留沼液中的氨基酸，去除硫酸根和氯离子，进行沼液的纯化处理。除此之外由于碳量子点对自制的纳滤膜进行改性后，改变了膜的亲水性，构建了超快速的离子通道，增大了膜的水通量，极大的提高了正电膜的性能。附图说明图1是纳滤膜的通量对比；图2是纳滤膜的截留率对比；图3是XPS表征结果；图4是截留分子量表征结果；图5是在不同pH条件下对氨基酸和盐的分离性能表征；图6是Zeta电位的表征；图7是制备的正电纳滤膜和商业负电纳滤膜对氨基酸和盐的分离性能表征对比；图8是制备的正电纳滤膜和商业负电纳滤膜对氨基酸和盐的浓缩分离的性能图。具体实施方式本专利技术提供的高通量正电纳滤膜，是由基膜、碳量子点中间层、选择分离层依次复合而成。其中，基膜可以是正常的高分子膜材料，其作为支撑层存在。例如，基膜可以使用无纺布以及高分子膜等物质，材料可以选用聚醚砜（PES）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。在一个实施例中，上述的聚醚砜溶液和溶剂混合制备成铸膜液，然后在玻璃板上刮涂出来，浸入水中通过相转化法制备出多孔的非对称基膜。碳量子点中间层式涂覆在基膜表面，同时由于加入了活性剂的作用，从而使得其中的羧基可以和界面聚合层中聚乙烯亚胺的氨基进行反应，降低界面聚合层的交联度，从而增大孔径。此外，碳量子点本身的亲水性也会构筑离子快速透过的通道，增大膜的通量。所述的荷正电的聚酰胺分离层是在上述的操作之后。制备得到的正电膜相比于负电膜来说具有更高的等电点，对于荷正电的离子具有很高的截留率，例如赖氨酸、亮氨酸和谷氨酸。同时对于负电离子具有较低的截留率，如硫酸根离子和氯离子。因此使用制备得到的正电膜进行氨基酸和离子的分离就有很好的效果。实施例11.平板膜的制备将聚醚砜高分子聚合物材料溶解于有机溶剂中，使用搅拌器搅拌过夜，静止一夜后脱泡，然后使用刮刀将铸膜液刮涂在玻璃板上，在水中进行相转化处理成膜，将制备好的膜处在去离子水中，得到聚醚砜基膜。2.碳量子点中间层的制备首先配制碳量子点的水溶液，配制含有2wt%碳量子点的去离子水悬浮液.加入0.1g氢氧化钠调控酸碱度然后加入0.1g2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）用于活化碳量子点。搅拌半个小时后，将基膜浸入碳量子点溶液中10min，去除多余的溶液后，得到均匀的碳量子点中间层。3.选择层的制备分别配制1wt%的聚乙烯亚胺水溶液（聚乙烯亚胺分子量分别为1.8K、10K和70K）和0.1wt%的均苯三酰氯的有机相溶液作为界面聚合反应的水相和油相，其中均苯三甲酰氯溶液以正己烷作为溶剂，搅拌一小时后可用。首先将水相溶液倒在膜上，两分钟后使用擦拭纸去除多余的水相，然后倒入有机相，反应1min，去除表面多余的溶液后，将制备好的膜放在去离子水中保存。本方法制备得到的膜在后续命名为2%CQDs/TFC膜。对照例1与实施例1的区别在于，没有使用碳量子点作为中间层，直接在基膜上进行界面聚合，制备得到正电膜。本对照例制备得到的膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳滤膜，其特征在于，是由基膜、碳量子点中间层和选择分离层依次复合而成。/n

【技术特征摘要】
20190711 CN 201910623787X1.一种纳滤膜，其特征在于，是由基膜、碳量子点中间层和选择分离层依次复合而成。


2.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于，在一个实施方式中，所述的选择分离层是由聚酰胺类材料；在一个实施方式中，所述的选择分离层带有荷正电性；在一个实施方式中，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等。


3.权利要求1所述的纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，提供基膜；
第2步，在基膜的表面涂覆碳量子点中间层；
第3步，通过界面聚合的方法在碳量子点中间层上制备界面聚合层。


4.根据权利要求3所述的纳滤膜的制备方法，其特征在于，在一个实施方式中，所述的基膜的材质选自聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSF)、聚醚酰亚胺(PEI)等；第2步中是将基膜浸于含有碳量子点的悬浮液中进行涂覆；碳量子点在悬浮液中的浓度2～6wt%，碳量子点的表面经过了活化剂处理；在一个实施方式中，活化剂是2-氯-1-甲基碘代吡啶（CMPI）。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙世鹏，杨雯杰，邵丹丹，王祥祥，肖慧芳，陆金鹏，褚昌辉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32