一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜及其制备方法。本发明专利技术仿生纳滤膜的制备方法包括如下步骤：首先，将聚乙烯亚胺、氧化剂、盐酸多巴胺溶解于在三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，充分混合后制备膜改性液；然后，将不同截留分子量的基膜固定于界面反应的装置中，倒入膜改性液并与基膜表面充分接触进行沉积反应；最后，经过一段时间反应后，基膜表面可生长一层聚多巴胺仿生层，将改性后的基膜取出进行清洗，即可得到仿生纳滤膜。该仿生纳滤膜可大幅度提升腐殖酸的截留率，从而实现对垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的富集、浓缩与提取；另外，聚多巴胺仿生层的高度亲水性赋予了仿生纳滤膜优异的抗污染性能。

A biomimetic nanofiltration membrane and its preparation method for extracting humic acid from landfill leachate

【技术实现步骤摘要】
一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜及其制备方法
本专利技术属于纳滤膜
，具体涉及一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜及其制备方法。
技术介绍
目前，膜生物反应器和纳滤/反渗透耦合工艺已经成为处理垃圾渗滤液的普遍技术。然而，这种双膜耦合工艺所产生的浓缩液正演变为棘手的环境难题，通常膜浓缩液的体积占比垃圾渗滤液总量的25%左右。垃圾渗滤液膜浓缩液中富含腐殖酸及较高的盐度，其可生物降解性极不理想，无法进一步通过生物降解的方法进行处理。随着人们对环境可持续性理念的深入理解，这些垃圾渗滤液膜浓缩液可被视为一种潜在的资源，所富含的腐殖酸是促进植物生长的有机肥料。因此，对垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的有效提取是实现其资源化处理的关键。纳滤技术是一种有效的分离技术，可通过空间排斥和静电排斥作用截留分子量大小为200-1000Da的有机物，在去除小分子量的腐殖酸（分子量为300-3000Da）具有较强的应用潜力。然而，目前的商用纳滤膜其表面亲水性能较低，腐殖酸等有机物易通过疏水效应吸附在膜表面，造成膜污染并影响纳滤膜的过滤性能。多巴胺自聚合仿生改性是一种改善膜表面亲水性、缓解膜污染及提升膜过滤性能的有效手段。多巴胺自聚合可促进亲水性仿生层在基膜表面的粘附，以增强纳滤性能。一般来说，仿生纳滤膜的性能很大程度上取决于聚多巴胺的沉积及其涂层的稳定性。然而，仅在微碱性条件下，要在基膜表面沉积并形成完整、致密的仿生层是极其困难的。这个过程需要非常长的反应时间，而且所形成的仿生层多半是非常粗糙且其性能不稳定。为了解决这一难题，本专利技术提出采用强氧化剂加速、促进聚多巴胺仿生层在基膜表面的生长，以获得分离性能优异的仿生纳滤膜，从而实现对垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的有效提取。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜及其制备方法，该方法简单、便捷，可实现规模化生产。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：1)将聚乙烯亚胺和氧化剂溶解于在三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，再加入盐酸多巴胺；充分混合后，获得膜改性液；2)将不同截留分子量的基膜固定于界面反应的装置中；倒入膜改性液，使其与基膜表面充分接触并进行沉积反应；经过一段时间反应后，将改性后的基膜取出进行清洗，即可得到用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜。优选地，步骤1）所述的氧化剂为H2O2/CuSO4、芬顿试剂、高碘酸盐、过硫酸盐中的一种或几种，其可快速地引发多巴胺的自氧化，并与聚乙烯亚胺通过迈克尔加成或席夫碱反应沉积在基膜表面，以形成致密、光滑、高亲水性的仿生层。优选地，步骤1）所述膜改性液中盐酸多巴胺的浓度为1.06×10-2mol/L，聚乙烯亚胺的浓度为5.3×10-3~1.06×10-2mol/L，氧化剂的浓度为7.1×10-3~1.41×10-2mol/L。优选地，步骤1）所述三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液的pH值为8.5。优选地，步骤2）所述的基膜的截留分子量为600~2000Da。优选地，步骤2）所述的反应时间为2~25h。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过快速引发多巴胺与聚乙烯亚胺沉积的方法在基膜表面覆盖一层牢固的仿生层，有效地调控基膜的表面性质，并大幅度提升腐殖酸的截留率，从而实现垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的富集、浓缩与提取；另外，聚多巴胺仿生层的高度亲水性赋予了纳滤膜优异的抗污染性能；再者，多巴胺沉积方法简易，可在多种基膜上进行表面性质调控、改性，以获得性能优异的纳滤膜，广泛应用于废水深度处理领域。附图说明图1是实施例1中基膜和仿生纳滤膜的电子照片图；图2是实施例1中基膜和仿生纳滤膜的X射线能谱图；图3是实施例1中基膜的表面扫描电镜图和原子力显微镜图；图4是实施例1中仿生纳滤膜的表面扫描电镜图和原子力显微镜图；图5是实施例1中基膜和仿生纳滤膜在过滤垃圾渗滤液膜浓缩液时的通量变化。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜，其制备方法包括以下步骤：1)将聚乙烯亚胺和过硫酸盐溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，并调节pH至8.5；再加入盐酸多巴胺，充分混合后，获得膜改性液；所述膜改性液中盐酸多巴胺的浓度为1.06×10-2mol/L，聚乙烯亚胺的浓度为6.7×10-3mol/L，过硫酸盐的浓度为8.7×10-3mol/L。2)将截留分子量为640Da的基膜固定于界面反应的装置中；倒入膜改性液，使其与基膜表面充分接触并进行沉积反应；经过2h后，将改性后的基膜取出进行清洗，即可得到仿生纳滤膜。从图1可以看出，基膜表面经过沉积改性以后，其表面产生一层较为均匀的黄色涂层，这意味着多巴胺仿生层已经沉积在基膜表面；从图2的X射线电子能谱图也可证实：经过改性以后，基膜表面的Na1s和NaKLL峰变弱，这是由于聚多巴胺仿生层将其覆盖所致。由图3和图4可以看出，表面聚多巴胺仿生层的沉积对纳滤膜的粗糙度影响不大，其粗糙度（RRMS）从11.7±0.4nm略微提升至13.4±0.7nm；而膜的孔径缩小，仿生纳滤膜的截留分子量降至298Da。对垃圾渗滤液膜浓缩液进行过滤时，仿生纳滤膜对腐殖酸的截留率达98.9%，从而可实现对腐殖酸的高效提取；而未改性的基膜对腐殖酸的截留率仅为95.1%。另外，经过仿生改性后，纳滤膜的抗污染性能也有大幅度提升。由图5可以看出，被腐殖酸污染过的仿生纳滤膜经过纯水清洗后，其通量恢复率可达99.3%，而未改性基膜的通量恢复率仅为96.0%。实施例2一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜，其制备方法包括以下步骤：1)将聚乙烯亚胺和高碘酸盐溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，并调节pH至8.5；再加入盐酸多巴胺，充分混合后，获得膜改性液；所述膜改性液中盐酸多巴胺的浓度为1.06×10-2mol/L，聚乙烯亚胺的浓度为5.3×10-3mol/L，高碘酸盐的浓度为7.1×10-3mol/L。2)将截留分子量为890Da的基膜固定于界面反应的装置中；倒入膜改性液，使其与基膜表面充分接触并进行沉积反应；经过10h后，将改性后的基膜取出进行清洗，即可得到仿生纳滤膜。基膜表面经过沉积反应以后，膜的孔径缩小，仿生纳滤膜的截留分子量为286Da。通过对垃圾渗滤液膜浓缩液进行过滤后，仿生纳滤膜对腐殖酸的截留率达99.1%，从而可实现对腐殖酸的高效提取；而未改性的基膜对腐殖酸的截留率仅为92.3%。实施例3一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜，其制备方法包括以下步骤：1)将聚乙烯亚胺和芬顿试剂溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，并调节pH至8.5；再加入盐酸多巴胺，充分混合后，获得膜改性液；所述膜改性液中盐酸多巴胺的浓度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:/n1) 将聚乙烯亚胺和氧化剂溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，再加入盐酸多巴胺；充分混合后，获得膜改性液；/n2) 将不同截留分子量的基膜固定于界面反应的装置中；倒入步骤1）得到的膜改性液，与基膜表面充分接触并进行沉积反应；然后将改性后的基膜取出进行清洗，即得到用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:
1)将聚乙烯亚胺和氧化剂溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，再加入盐酸多巴胺；充分混合后，获得膜改性液；
2)将不同截留分子量的基膜固定于界面反应的装置中；倒入步骤1）得到的膜改性液，与基膜表面充分接触并进行沉积反应；然后将改性后的基膜取出进行清洗，即得到用于提取垃圾渗滤液膜浓缩液中腐殖酸的仿生纳滤膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的氧化剂为H2O2/CuSO4、芬顿试剂、高碘酸盐、过硫酸盐中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所述膜改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：林久养，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35