一种改性制备双功能抗生物污染反渗透复合膜的方法技术

本发明专利技术提供一种改性制备双功能抗生物污染反渗透复合膜的方法，在聚酰胺基膜上制备亲水性聚多巴胺中间层之后，在聚多巴胺中间层上原位合成抗菌性纳米铜层，最后得到纳米铜原位沉积在聚多巴胺涂层的双功能抗生物污染聚酰胺膜。本发明专利技术解决了聚酰胺膜表面微生物积聚导致膜生物污染问题，其双功能性反渗透聚酰胺复合膜在保持高水通量优点的同时，能够使膜同时具备防止微生物附着和灭菌双重功能，有效改善膜的微生物污染现象。可以解决以往单功能改性聚酰胺膜效能低，无法长期使用，活性层易脱落等问题，具有操作简单、成本低廉、对基体无特殊要求、无需拆卸膜组件等优点。无需拆卸膜组件等优点。无需拆卸膜组件等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种改性制备双功能抗生物污染反渗透复合膜的方法


[0001]本专利技术属于水处理领域，具体涉及一种改性反渗透复合膜的制备方法,可以在保持反渗透聚酰胺复合膜高水通量的同时，防止微生物附着和灭菌，降低运行维护成本，为反渗透分离技术广泛应用提供条件。

技术介绍

[0002]反渗透过程是在压力的推动下，溶液中的溶质和溶剂在半透膜的截留作用下实现分离的膜分离过程。随着醋酸纤维膜和聚酰胺复合膜的先后问世，凭借其高效的盐截留率，反渗透膜技术逐渐实现工业化，在海水、苦咸水淡化，重金属废水回收处理，纯水、超纯水的制备等方面广泛应用。
[0003]但是在实际运行中反渗透复合膜极易发生膜污染，离子结垢、有机物污染、微生物污染都会使膜分离效果降低，且很难恢复。微生物污染作为反渗透膜技术发展的最大阻碍，其严重之处在于：(1)发展迅速，易形成。反渗透膜表面能够提供细菌等微生物生长繁殖的“温床”，在短时间内即可形成生物污染层；(2)不易清洗。在膜分离过程中，生物膜的形成可以不断叠加，细菌分泌的胞外聚合物不仅能使细菌牢牢地粘附在膜表面，还能使细菌与细菌之间紧密相连；(3)膜的生物污染对于膜性能的直接影响是将造成膜渗透通量和截留率的下降。生物膜会增大水力阻力，阻碍膜表面盐的反扩散，加剧膜表面的浓差极化，从而对膜的截留率产生影响，造成膜渗透通量的快速下降，进而引起给水压降、能耗增大，产水量下降，水质变差等一系列问题。因此，解决微生物污染问题迫在眉睫。
[0004]为了缓解膜污染，提高反渗透膜的运行效率，降低生产成本，通常可以改善预处理、进行周期性反冲洗、优化运行工艺以及开发膜材料。但是常规的预处理或清洗手段能耗与成本较高，并且活性氯等化学药剂不仅会产生副产物，还会降解聚酰胺层，缩短膜的使用寿命，不能彻底解决膜污染问题。开发抗生物污染的反渗透膜是在生物污染过程中对微生物的吸附和生长繁殖过程进行抑制，因此提高反渗透膜的抗污染能力可以从减少微生物在膜表面的吸附和抑制微生物的生长繁殖两方面入手，这也是反渗透膜改性技术重要的研究方向和研究热点。为解决膜污染造成的问题、提高反渗透膜的运行效率，制备新型抗生物污染反渗透膜并研究其抗污染性能具有重要的意义。而目前开发的抗生物污染反渗透膜大都局限于只使用一层改性材料，抗污染性能单一，长期使用后功能性会减弱；一些抗菌改性材料虽然效能显著，但造价高昂，要达到长期实际的运行仍有阻碍。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种改性制备双功能抗生物污染反渗透复合膜的方法，其特征在于：包括以下步骤:
[0006]1)预处理基膜：将聚酰胺膜浸入异丙醇溶液处理后清洗后，将聚酰胺膜固定于面板，并使其膜表面活性层朝上；
[0007]2)制备缓冲液和储备液：
[0008]用三羟甲基氨基甲烷配置三羟甲基氨基甲烷缓冲液；
[0009]用乙二胺四乙酸、二氯化铜和硼酸配置二氯化铜储备液；
[0010]3)制备亲水性聚多巴胺层：将盐酸多巴胺加入到步骤2)配置的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中混合，然后与步骤1)所述的聚酰胺基膜表面接触，使其充分反应；反应完毕，清洗膜表面得到亲水性聚多巴胺层；
[0011]4)制备抗菌性纳米铜层：将二甲胺基硼烷加入到到步骤2)配置的二氯化铜储备液中混合，然后与步骤3)所述的聚酰胺膜的亲水性多巴胺层接触，使其充分反应；反应完毕，清洗膜表面，得到抗菌性纳米铜层。
[0012]进一步，将裁减至适宜大小的聚酰胺膜(优选为16cm
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10cm的聚酰胺膜)浸入异丙醇溶液，置于摇床上均匀振荡20min～40min(振速优选为50rpm)，然后取出聚酰胺膜将其浸入去离子水，置于摇床上均匀振荡进行清洗3～4h，期间不定时更换去离子水。如需暂存，在清洗结束后将聚酰胺膜浸泡在去离子水中，放于冰箱低温(一般为4℃)下保存备用。使用时取出聚酰胺膜置于玻璃板和胶垫、塑料板框之间，用夹子固定，膜表面活性层朝上
[0013]进一步，步骤1)中，清洗时，取出聚酰胺膜浸入去离子水中，置于摇床上均匀振荡清洗，并多次更换清洗用去离子水；
[0014]进一步，步骤1)中，清洗结束后，将聚酰胺膜浸泡在去离子水中，低温下保存备用。
[0015]进一步，步骤1)中，采用的异丙醇溶液由异丙醇和去离子水按异丙醇与去离子水体积比为1:3混合而成。
[0016]进一步，步骤2)中，所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲液由三羟甲基氨基甲烷和去离子水混合而成，三羟甲基氨基甲烷的质量(mg)和去离子水的体积(mL)比为(550～650)∶(500～550)；
[0017]进一步，步骤2)中，所述的二氯化铜储备液由乙二胺四乙酸、二氯化铜和硼酸混合而成，乙二胺四乙酸、二氯化铜和硼酸的质量(g)比为(1400～1500)∶(600～700)∶(550～650)。
[0018]进一步，步骤2)中，所述的三羟甲基氨基甲水溶液的初始pH为10.0～10.5，滴加稀盐酸将溶液pH调至8.5。
[0019]进一步，步骤2)中，用氢氧化钠溶液调节所述的二氯化铜储备液的pH为7.0，配制好的储备液避光冷藏保存。
[0020]进一步，步骤3)中，将盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲液中快速混合，迅速与聚酰胺基膜表面接触，在摇床上均匀振荡(优选为50～60rpm的速度)，反应0.5～2h后，倒掉剩余溶液，用去离子水冲洗膜表面，使膜表面与去离子水接触，置于摇床均匀振荡4～6min(优选为50～60rpm的速度)后再次使用去离子水冲洗，得到亲水性聚多巴胺层，以湿润状态保存。
[0021]进一步，步骤3)中，所述的盐酸多巴胺的质量(g)与三羟甲基氨基甲烷缓冲液的体积(mL)比为1∶(450～550)。
[0022]进一步，步骤4)中，将二甲胺基硼烷加入到二氯化铜储备液中快速混合，迅速与聚酰胺膜的亲水性多巴胺层接触，在摇床上均匀振荡，反应1-3h后，倒掉剩余溶液，用去离子水冲洗膜表面，然后使膜表面与去离子水接触，置于摇床均匀振荡5min后再次冲洗，得到抗菌性纳米铜层，以湿润状态保存，整个过程避光进行。
[0023]进一步，步骤4)中，所述的二甲胺基硼烷的质量(g)与二氯化铜储备液的体积(mL)比为(550～600)∶(4800～5200)。
[0024]本专利技术的机理：多巴胺结构中同时含有邻苯二酚基团和赖氨酸的乙基胺基团，结构上与海洋贝类分泌的黏性蛋白的相似性使得多巴胺也具有类似的黏附性——在弱碱性水溶液中多巴胺能够通过自身氧化聚合在各种类型的基体表面形成聚多巴胺黏附层。在有氧环境下，将多巴胺溶于缓冲溶液中(pH＝8.5)，室温下反应一段时间，多巴胺便能通过自身氧化聚合生成黑褐色的聚多巴胺，与基膜通过氢键或π-π键作用紧密粘附。另外聚多巴胺层能够改善聚酰胺膜表面的亲水性，减轻污染物的吸附。Cu
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能与聚多巴胺中的邻苯二酚、氨基和亚氨基基团发生络合作用，还原剂二甲胺基硼烷能将Cu
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还原成纳米铜，在这一过程中，多巴胺上的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性制备双功能抗生物污染反渗透复合膜的方法，其特征在于：包括以下步骤:1)预处理基膜：将所述聚酰胺膜浸入异丙醇溶液处理后清洗后，将聚酰胺膜固定于面板，并使其膜表面活性层朝上；2)制备缓冲液和储备液：用三羟甲基氨基甲烷配置三羟甲基氨基甲烷缓冲液；用乙二胺四乙酸、二氯化铜和硼酸配置二氯化铜储备液；3)制备亲水性聚多巴胺层：将盐酸多巴胺加入到步骤2)配置的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中混合，然后与步骤1)所述的聚酰胺基膜表面接触，使其充分反应；反应完毕，清洗膜表面得到亲水性聚多巴胺层；4)制备抗菌性纳米铜层：将二甲胺基硼烷加入到到步骤2)配置的二氯化铜储备液中混合，然后与步骤3)所述的聚酰胺膜的亲水性多巴胺层接触，使其充分反应；反应完毕，清洗膜表面，得到抗菌性纳米铜层。2.根据权利要求1所述的一种双功能改性制备抗生物污染反渗透聚酰胺复合膜的方法，其特征在于：步骤1)中，将聚酰胺膜浸入异丙醇溶液后，置于摇床上均匀振荡处理；清洗时，取出聚酰胺膜浸入去离子水中，振荡清洗，并多次更换清洗用去离子水；清洗结束后，将聚酰胺膜浸泡在去离子水中，低温下保存备用。3.根据权利要求1或2所述的一种双功能改性制备抗生物污染反渗透聚酰胺复合膜的方法，其特征在于：步骤1)中，采用的异丙醇溶液由异丙醇和去离子水按异丙醇与去离子水体积比为1:3混合而成。4.根据权利要求1或3所述的一种双功能改性制备抗生物污染反渗透聚酰胺复合膜的方法，其特征在于：步骤2)中，所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲液由三羟甲基氨基甲烷和去离子水混合而成，三羟甲基氨基甲烷的质量(mg)和去离子水的体积(mL)比为(550～650)∶(500～550)。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彩虹，宋丹，周艺凡，何强，马军，王子悦，林旭，聂铮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：