一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法技术

技术编号:23302475 阅读:15 留言:0更新日期:2020-02-11 14:48
本发明专利技术公开了一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法。首先将黑磷分散到水中,然后加入海藻酸钠充分溶解,得到含黑磷的海藻酸钠铸膜液。将该铸膜液刮成膜并浸泡于可溶性钙盐水溶液中充分交联,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜,将含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜浸泡到可溶性铜盐水溶液中充分交联,铜离子吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性。同时利用铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基的特性,获得含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶。黑磷和铜离子的加入不仅提高了海藻酸钙水凝胶的机械性能,还赋予海藻酸钙水凝胶过滤膜良好的抗菌性能,其通量也显著增加。

Preparation method of calcium alginate hydrogel antibacterial filter membrane containing black phosphorus / copper ions

【技术实现步骤摘要】
一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法
本专利技术涉及一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法,属于功能材料和膜分离领域。本专利技术涉及抗菌、过滤膜、水凝胶、黑磷等
具体涉及一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法。
技术介绍
膜分离技术由于投资少、能耗低、回收率高在水处理领域极具优势【J.Hazard.Mater,2016,308:75-83】。传统过滤膜主要分为纳滤膜和超滤膜两类。传统高分子膜材料都是疏水的,因此极易引起膜污染,使膜通量迅速下降,严重制约了膜的推广使用。水凝胶是以水为分散介质的凝胶,是一种高分子的网络体系、性质柔软,能保持一定的形状,具有良好的亲水性能。海藻酸钠是一种从海带或褐藻中提取的天然高分子物质,不仅来源广泛,而且价格低廉,目前已经广泛应用于食品、生物医药和废水处理等领域。海藻酸钠与钙离子可通过离子交联形成水凝胶。在我们之前的研究中制备了一系列的海藻酸钙基水凝胶过滤膜【ZL201310424398.7,ZL201310424399.1,ZL201310424397.2】,这些海藻酸钙基过滤膜抗染料污染能力很强,但存在力学性能差、易溶胀、表面易滋生细菌的缺点。由于海藻酸为阴离子型高分子,所以海藻酸容易与带正电荷的金属离子产生交联反应而形成非水溶性的海藻酸凝胶,其中特别是带有二价正电荷的阳离子,例如钙离子(Ca2+)、钡离子(Ba2+)、锌离子(Zn2+)等。海藻酸凝具有热不可逆性,并且可藉由改变海藻酸凝胶中G/M的含量比值来调整其柔韧度与硬度。由于海藻酸凝胶为天然多醣体高分子,其经过灭菌或抗菌处理后可广泛地被应用于食品、纺织以及生物医用等产业。铜离子可以两小时内杀灭其表面包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等99%的细菌,起到良好的抑菌效果。铜是自然界储量丰富的金属,也是人体所需的微量元素,应用前景良好。在纺织以及生物医用等产业中,应用海藻酸基纤维具有良好的生物相容性以及螯合重金属离子的能力,如海藻酸纤维中更添加各种营养或抗菌成分,则由其所制成的功能性织物更可具有保养、美容或医疗等效能。铜离子具有很强的抗菌力,含铜离子的海藻酸纤维所制成的医疗用敷布,对于伤口除具有良好的抗敏性、防护性,更有助于伤口的复原。黑磷具有类似石墨烯的结构和生物化学特性,使其成为生物医学应用的理想材料,二维的黑磷被称为黑磷烯,在未来几年它可能取代石墨烯。与其他二维材料类似,黑磷可用于比色和荧光探测器以及生物传感装置。英国石油公司还显示出很高的体内生物降解性,在体内产生无毒剂。黑磷存在着一个致命缺陷:缺乏稳定性。当接触水和氧气时,黑磷会在极短时间内降解掉,这一缺陷极大的限制了黑磷的应用。黑磷之所以稳定性差,是因为在其蜂窝状结构中,磷原子外层有一对孤对电子,该孤对电子易被氧分子夺走,造成外层黑磷的氧化。针对海藻酸钙水凝胶过滤膜机械强度低、易溶胀、易滋生微生物的问题,本专利技术公开了一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法。首先将黑磷分散到水中,然后加入海藻酸钠充分溶解,得到含黑磷的海藻酸钠铸膜液。将该铸膜液刮成膜并浸泡于可溶性钙盐水溶液中充分交联,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜,将含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜浸泡到可溶性铜盐水溶液中充分交联,铜离子吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性。同时利用铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基的特性,获得含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶。黑磷和铜离子的加入不仅提高了海藻酸钙水凝胶的机械性能,还赋予海藻酸钙水凝胶过滤膜良好的抗菌性能,其通量也显著增加。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术拟解决的技术问题是传统膜不耐污染、亲水性差、海藻酸钙水凝胶过滤膜强度低、易被细菌降解等问题。本专利技术解决所述传统膜不耐污染、亲水性差、海藻酸钙水凝胶过滤膜强度低、易被细菌降解等问题的技术方案是提供一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法。本专利技术提供了一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法,其特征是包括以下步骤:a)配制质量百分比浓度0.01%~2%的黑磷和质量百分比浓度0.2%~8%的海藻酸钠的混合物水分散液,静置脱泡得到铸膜液;b)配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性钙盐水溶液,作为第一凝固浴;配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性铜盐水溶液,作为第二凝固浴;c)将步骤a)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上,用两端缠绕直径为20-1500μm铜丝的玻璃棒刮平,然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤b)得到的第一凝固浴中浸泡5-240min,可溶性钙盐与海藻酸钠反应生成海藻酸钙水凝胶,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜;d)将步骤c)得到的含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜放入步骤b)得到的第二凝固浴中浸泡5-240min,铜离子优先吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性;同时铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基,部分铜离子取代海藻酸钙中的离子;e)最后用去离子水反复洗涤除去膜中和膜表面残留的无机盐,得到含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜,其对大肠杆菌的抗菌率为80%-100%。本专利技术所述的可溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙、磷酸二氢钙、葡萄糖酸钙中的任意一种或两种及以上混合物;所述的可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜中的任意一种或两种及以上混合物。在本专利技术中,黑磷和铜离子不仅提高了海藻酸钙水凝胶的机械性能,还赋予海藻酸钙水凝胶过滤膜良好的抗菌性能,也增加了水凝胶过滤膜的通量。本专利技术制备方法简单,制备过程绿色环保,得到的含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜具有优良抗污染性能,在染料脱盐、乳化油分离、印染废水脱色中具有很好应用前景。具体实施方式下面介绍本专利技术的具体实施例,但本专利技术不受实施例的限制。实施例1.a)配制质量百分比浓度2%的黑磷和质量百分比浓度8%的海藻酸钠的混合物水分散液,静置脱泡得到铸膜液;b)配制质量百分比浓度0.2%的氯化钙水溶液,作为第一凝固浴;配制质量百分比浓度10%的氯化铜水溶液,作为第二凝固浴;c)将步骤a)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上,用两端缠绕直径为1500μm铜丝的玻璃棒刮平,然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤b)得到的第一凝固浴中浸泡240min,氯化钙与海藻酸钠反应生成海藻酸钙水凝胶,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜;d)将步骤c)得到的含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜放入步骤b)得到的第二凝固浴中浸泡240min,铜离子优先吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性;同时铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基,部分铜离子取代海藻酸钙中的离子;e)最后用去离子水反复洗涤除去膜中和膜表面残留的无机盐,得到含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜,其对大肠杆菌的抗菌率为100%。实施例2.a)配制质量百分比浓本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法,其特征是包括以下步骤:/na)配制质量百分比浓度0.01%~2%的黑磷和质量百分比浓度0.2%~8%的海藻酸钠的混合物水分散液,静置脱泡得到铸膜液;/nb)配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性钙盐水溶液,作为第一凝固浴;配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性铜盐水溶液,作为第二凝固浴;/nc)将步骤a)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上,用两端缠绕直径为20-1500μm铜丝的玻璃棒刮平,然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤b)得到的第一凝固浴中浸泡5-240min,可溶性钙盐与海藻酸钠反应生成海藻酸钙水凝胶,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜;/nd)将步骤c)得到的含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜放入步骤b)得到的第二凝固浴中浸泡5-240min,铜离子优先吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性;同时铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基,部分铜离子取代海藻酸钙中的离子;/ne)最后用去离子水反复洗涤除去膜中和膜表面残留的无机盐,得到含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜,其对大肠杆菌的抗菌率为80%-100%。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含黑磷/铜离子的海藻酸钙水凝胶抗菌过滤膜的制备方法,其特征是包括以下步骤:
a)配制质量百分比浓度0.01%~2%的黑磷和质量百分比浓度0.2%~8%的海藻酸钠的混合物水分散液,静置脱泡得到铸膜液;
b)配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性钙盐水溶液,作为第一凝固浴;配制质量百分比浓度0.2%~10%的可溶性铜盐水溶液,作为第二凝固浴;
c)将步骤a)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上,用两端缠绕直径为20-1500μm铜丝的玻璃棒刮平,然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤b)得到的第一凝固浴中浸泡5-240min,可溶性钙盐与海藻酸钠反应生成海藻酸钙水凝胶,得到含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜;
d)将步骤c)得到的含黑磷的海藻酸钙水凝胶膜放入步骤b)得到的第二凝固浴中浸泡5-240min,铜离子优先吸附到黑磷的表面,钝化黑磷中磷原子的孤对电子,进而提高黑磷的稳定性;同时铜离子比钙离子更容易结合海藻酸盐上的羧基,部分铜离子取代海藻酸钙中的离子;
e)最后用去离子水反复洗涤除去膜中和膜表面...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵孔银林泽郭智龙白甜刘海怡莫琛童宇鑫李聪帅佳麒
申请(专利权)人:天津工业大学
类型:发明
国别省市:天津;12

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