一种用于地下水污染修复的分离膜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于地下水污染修复的分离膜制备方法，膜的特征在于：从上至下依次为亲水层（两性离子多肽）、粘附层（多巴胺）和疏水层（PVDF膜），是一种具有Janus结构的亲水/疏水分离膜。本发明专利技术的具有Janus结构的亲水/疏水分离膜制备方法简单，对于地下水非水相液体的分离有着很好的分离效果，且可重复利用性强，有很好的可行性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于地下水污染修复的分离膜
本技术涉及地下水非水相液体污染处理领域，具体而言，涉及一种用于地下水污染修复的分离膜。
技术介绍
近年来，油品溢出或化学品泄漏等原因引起的地下水中的非水相液体(NAPLs)污染越来越受到重视，NAPLs泄漏后，可以在很长的时间内进行扩散和迁移，长期的污染地下水，对人类健康和自然环境造成更大范围的危害。因此地下水中的NAPLs的有效处理是事关人类身体健康和环境保护亟待解决的问题。目前，表面活性剂强化抽出-处理技术可以有效的控制地下水中的NAPLs污染带和去除NAPLs污染源。由于该技术中加入了表面活性剂，部分NAPLs以乳液的形式存在于地下水和土壤孔隙中。非水相液体乳液抽出后需要进行乳液分离。传统的方法包括重力沉降法、离心法、浮选法等。这些分离方法往往存在分离效率低、投资成本高、能源消耗大等问题，处理效果并不是很理想。相对而言，微滤膜技术由于成本低、能耗小、效率高等特点，是一种理想的乳液分离方法。然而，大多数微滤分离膜都是有机聚合物膜，由于膜本身的疏水性，使得水通量非常小，难以有效分离乳液。此外，乳液液滴、地下水腐殖酸等大分子有机物非常容易粘附在膜表面，使得膜的使用寿命和重复利用性大大降低。因此，需要改变膜的表面性质，提高其分离的能力和可重复利用性。Janus(在罗马神话中，是两面神)膜是指膜两面结构或化学组成不同，具有双重性质如正电/负电、亲水/疏水、极性/非极性等，是材料科学领域的前沿、热点研究方向之一。例如，公开专利技术专利CN107529450A报道了一种Janus双层离子印迹复合膜的制备方法及用途；公开专利技术专利CN107794596A报道了一种红色荧光双各向异性导电Janus结构膜及其制备方法。Janus亲水/疏水分离膜由于膜两侧的化学浸润性质不同，因此在表面化学势的驱动下，非水相液体乳液或水只能单向透过分离膜。目前，这种具有Janus结构的亲水/疏水分离膜尚未见专利报道。特别地，应用于地下水非水相液体乳液分离的具有Janus结构的亲水/疏水分离膜也未见专利报道。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于地下水污染修复的分离膜，这种膜对地下水非水相液体乳液的分离具有非常好的效果，且可重复利用。一种具有Janus结构的地下水非水相液体乳液分离膜的结构见附图1～图4。如图1所示，上述的分离膜包括亲水层、粘附层和疏水层。如图2所示，亲水层膜孔径大小为0.1～0.4微米。如图3所示，疏水层膜孔径为0.4～1微米。如图4所示，亲水层表面具有亲水特性，疏水层表面具有疏水特性，而膜孔内表面具有亲水特性。一种用于地下水污染修复的分离膜制备方法，通过以下技术方案实现，其特征在于以下步骤：1)将聚偏氟乙烯(PVDF)膜平铺于自制装置的凹槽中(结构见附图5)，放入环形硅胶密封垫片，然后用圆柱罩(两端为空)密封。2)称取20～60mg的盐酸多巴胺，加入到20mL的10mM的Tris溶液(pH8.5)中，配制成浓度为1～3mg/mL的多巴胺溶液。3)将步骤2)配制的多巴胺溶液加入到步骤1)中的自制装置中，在15～35℃条件下浸泡1～6小时。然后将上部溶液倒出，用20mL水清洗2～3次，制得具有粘附层的PVDF膜。4)称取两性离子多肽10～30mg，加入到20mL的10mM的Tris溶液(p8.5)中，配制成浓度为0.5～1.5mg/mL的多肽溶液。步骤4)中的两性离子多肽为HS-VVEKE(巯基-缬氨酸-缬氨酸-谷氨酸-赖氨酸-谷氨酸)、HS-VVEKEKE(巯基-缬氨酸-缬氨酸-谷氨酸-赖氨酸-谷氨酸-赖氨酸-谷氨酸)和CRERERE(半胱氨酸-精氨酸-谷氨酸-精氨酸-谷氨酸-精氨酸-谷氨酸)中的一种。5)将步骤4)配制的多肽溶液倒入步骤3)中含有粘附层PVDF膜的自制容器中，在15～35℃条件下浸泡2～6小时。然后将上部溶液倒出，用20mL水清洗2～3次，制得具有Janus结构的亲水/疏水分离膜。该技术的有益效果：1)膜制备过程简单，亲水改性效果明显，上表面从疏水性(120.6°)转变为强亲水性(8.2°)。2)膜具有Janus结构，一面亲水，一面疏水，使得地下水非水相液体乳液分离过程中，水只能从亲水层一侧向疏水层一侧透过，而乳液微液滴被截留在亲水层一侧，从而实现乳液的高效分离。3)该膜的亲水层为多肽小分子，不会造成膜孔的堵塞，纯水通量由改性前0Lm-2h-1增加到改性后9900±562Lm-2h-1，且生物可降解，绿色环保。4)膜分离效果好，截留率高，对于不同体系的含NPALs乳液，分离膜都有着很好的分离效果，其通量能保持在2000Lm-2h-1以上，截留率能够保证在97％以上。5)膜抗污染性能好，可多次重复利用，重复利用5次后，通量仍可恢复至第一次通量的90％以上。附图说明图1具有Janus结构的分离膜正视图；其中：1-亲水层、2-粘附层、3-疏水层。图2具有Janus结构的分离膜亲水层俯视图图3具有Janus结构的分离膜疏水层俯视图图4具有Janus结构的分离膜剖面图图5用于制备具有Janus结构的分离膜的装置；其中：4-圆柱罩、5-环形密封垫、6-凹槽圆形(用于放置膜原件)具体实施方式下面结合实施例对本技术和本技术的制备方法及应用进行详细说明。一种具有Janus结构的地下水非水相液体乳液分离膜的结构见附图1～图4。如图1所示，上述的分离膜包括亲水层1、粘附层2和疏水层3。如图2所示，亲水层1膜孔径大小为0.1～0.4微米。如图3所示，疏水层3膜孔径为0.4～1微米。如图4所示，亲水层1表面具有亲水特性，疏水层3表面具有疏水特性，而膜孔内表面具有亲水特性。实施例1一种用于地下水污染修复的分离膜制备方法，包括以下步骤：1)将聚偏氟乙烯(PVDF)膜平铺于自制装置的凹槽中(结构见附图5)，放入环形硅胶密封垫片，然后用圆柱罩(两端为空)密封。2)称取20mg的盐酸多巴胺，加入到20mL的10mM的Tris溶液(pH8.5)中，配制成浓度为1mg/mL的多巴胺溶液。3)将步骤2)配制的多巴胺溶液加入到步骤1)中的自制装置中，在15℃条件下浸泡1小时。然后将上部溶液倒出，用20mL水清洗2次，制得具有粘附层的PVDF膜。4)称取HS-VVEKE(巯基-缬氨酸-缬氨酸-谷氨酸-赖氨酸-谷氨酸)10mg，加入到20mL的10mM的Tris溶液(pH8.5)中，配制成浓度为0.5mg/mL的多肽溶液。5)将步骤4)配制的多肽溶液倒入步骤3)中含有粘附层PVDF膜的自制容器中，在15℃条件下浸泡2小时。然后将上部溶液倒出，用20mL水清洗2次，制得具有Janus结构的亲水/疏水分离膜。实施例1制备的具有Janus结构的分离膜在地下水非水相液体乳液分离应用中的乳液分离效果的测定选择了3种典型的地下水中NAPLs污染物(硬脂酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地下水污染修复的分离膜，膜的特征在于：从上至下依次为亲水层两性离子多肽、粘附层多巴胺和疏水层聚偏氟乙烯膜；亲水层膜孔径大小为0.1～0.4微米，疏水层膜孔径为0.4～1微米，亲水层表面具有亲水特性，疏水层表面具有疏水特性，而膜孔内表面具有亲水特性，分离膜为具有Janus结构的亲水/疏水分离膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于地下水污染修复的分离膜，膜的特征在于：从上至下依次为亲水层两性离子多肽、粘附层多巴胺和疏水层聚偏氟乙烯膜；亲水层膜孔径大小为0.1～0.4微米，疏水层膜孔径为0.4～1微米，亲水层表面具有亲水特性，疏水层表面具有疏水特性，而膜孔内表面具有亲水特性，分离膜为具有Janus结构的亲水/疏水分离膜。


2.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于以聚偏氟乙烯膜为基底。


3.根据权利要求1所述的分离膜，其特征在于用多巴胺修饰聚偏氟乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仁亮，王健男，苏荣欣，刘朝辉，张景辉，刘志强，张泽，
申请(专利权)人：中新瑞美天津环保科技有限公司，中科瑞美天津环境技术有限公司，淄博瑞美环保科技有限公司，中科慧城天津信息产业研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12