一种氨基酸改性纳米粒子及其制备方法和应用、抗污超滤膜技术

本发明专利技术提供了一种氨基酸改性纳米粒子及其制备方法和应用、抗污超滤膜，涉及超滤膜材料技术领域。本发明专利技术提供的氨基酸改性纳米粒子，包括纳米粒子、氨基酸和用于接枝所述纳米粒子和氨基酸的接枝单元，所述接枝单元为硅烷偶联剂。在本发明专利技术中，氨基酸具有有机相容及亲水性强的优点，借助硅烷偶联剂两亲特性将氨基酸接枝在纳米粒子表面，从而实现对纳米粒子的亲水性表面修饰，一方面通过纳米粒子表面包覆降低粒子间相互作用，减弱团聚作用；另一方面氨基酸在纳米粒子的表面接枝增强了材料亲水性及与有机膜基质的相容稳定性。性及与有机膜基质的相容稳定性。性及与有机膜基质的相容稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸改性纳米粒子及其制备方法和应用、抗污超滤膜


[0001]本专利技术涉及超滤膜材料
，具体涉及一种氨基酸改性纳米粒子及其制备方法和应用、抗污超滤膜。

技术介绍

[0002]超滤(Ultrafiltration，UF)是一种分离精度介于微滤(MF)与纳滤(NF)之间的低压驱动膜分离技术，因其低驱动压力(0.1～0.6MPa)，高渗透通量(100～500L
·
m
‑2·
h
‑1·
bar
‑1)及宽分子量截留(1000～200000Da)等优点，现已广泛应用于废水处理、医药卫生及市政饮用水净化等领域。
[0003]然而在实际应用过程中，传统的制膜材料由于自身较强的疏水特性，在分离运行中容易吸附待处理液中的憎水性物质，从而导致分离膜孔的堵塞，形成膜污染而降低膜分离性能。而针对膜污染进行的膜清洗过程，一方面极大地缩短了膜使用寿命；同时也大大增加了分离膜维护成本。对聚合物膜进行亲水改性能够有效地提高分离膜的抗污染性能，在分离过程中，亲水性的膜表面易与水分子相互作用进而在膜表面形成一层水合层，有效地阻隔了憎水性污染物在膜表面的吸附作用，降低了膜污染。
[0004]共混改性是一种最简便、快速的膜亲水改性手段。而随着纳米技术的发展，越来越多具有优异表面性能的纳米材料开始受到膜研究工作者的广泛关注。由于纳米粒子高的比表面能导致纳米间团聚作用明显，从而限制了材料在纳米尺度上性能优势的展现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种氨基酸改性纳米粒子及其制备方法和应用、抗污超滤膜，本专利技术提供的氨基酸改性纳米粒子能够减弱纳米粒子团聚作用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种氨基酸改性纳米粒子，包括纳米粒子、氨基酸和用于接枝所述纳米粒子和氨基酸的接枝单元，所述接枝单元为硅烷偶联剂。
[0008]优选地，所述纳米粒子包括二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯、三氧化二铝、氧化锌或四氧化三铁。
[0009]优选地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷或二氯甲基三乙氧基硅烷。
[0010]优选地，所述氨基酸为α
‑
氨基酸。
[0011]优选地，以所述氨基酸改性纳米粒子的总质量为100％计，所述氨基酸的接枝量为5～15wt％。
[0012]本专利技术提供了上述技术方案所述氨基酸改性纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将纳米粒子、硅烷偶联剂和乙醇水溶液混合，得到纳米粒子分散液；
[0014]将所述纳米粒子分散液和氨基酸水溶液混合，进行接枝反应，得到氨基酸改性纳米粒子。
[0015]优选地，所述硅烷偶联剂与纳米粒子的质量比为0.3～1.2：1。
[0016]优选地，所述氨基酸与纳米粒子的质量比为0.5～1：1。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述氨基酸改性纳米粒子或上述技术方案所述制备方法制备得到的氨基酸改性纳米粒子在抗污超滤膜中的应用。
[0018]本专利技术还提供了一种抗污超滤膜，包括聚合物膜基体以及分散在所述聚合物膜基体中的氨基酸改性纳米粒子；所述氨基酸改性纳米粒子为上述技术方案所述氨基酸改性纳米粒子或上述技术方案所述制备方法制备得到的氨基酸改性纳米粒子。
[0019]本专利技术提供了一种氨基酸改性纳米粒子，包括纳米粒子、氨基酸和用于接枝所述纳米粒子和氨基酸的接枝单元，所述接枝单元为硅烷偶联剂。在本专利技术中，氨基酸具有有机相容及亲水性强的优点，借助硅烷偶联剂两亲特性将氨基酸接枝在纳米粒子表面，从而实现对纳米粒子的亲水性表面修饰，一方面通过氨基酸对纳米粒子表面进行包覆，降低粒子间相互作用，减弱团聚作用，从而更利于在聚合物膜基体中分散；另一方面氨基酸在纳米粒子的表面接枝增强了材料亲水性，在将氨基酸改性纳米粒子用于抗污超滤膜时，增强了氨基酸改性纳米粒子与聚合物膜基体的相容稳定性。
[0020]以本专利技术提供的氨基酸改性纳米粒子为改性填料制备抗污超滤膜，提高了抗污超滤膜的渗透性、选择性及抗污染性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术提供的氨基酸改性纳米粒子示意图；
[0022]图2为实施例1赖氨酸对二氧化硅纳米粒子改性原理图；
[0023]图3为实施例1赖氨酸对二氧化硅纳米粒子改性前、后红外光谱对比图；
[0024]图4为实施例1～3氨基酸改性二氧化硅纳米粒子与聚芳醚腈聚合物分子链间相互作用示意图；
[0025]图5为对比例1和实施例1超滤循环实验对比图；
[0026]图6为实施例1制备的PEN/K
‑
SiO2/PVP
‑
k30共混超滤膜截面扫描电镜图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种氨基酸改性纳米粒子，包括纳米粒子、氨基酸和用于接枝所述纳米粒子和氨基酸的接枝单元，所述接枝单元为硅烷偶联剂。
[0028]在本专利技术中，所述氨基酸改性纳米粒子由硅烷偶联剂、氨基酸通过共价键对纳米粒子进行表面亲水性修饰。在本专利技术的具体实施例中，所述氨基酸改性纳米粒子如图1所示。
[0029]在本专利技术中，所述纳米粒子优选包括二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化石墨烯(GO)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)或四氧化三铁(Fe3O4)。在本专利技术中，所述纳米粒
子的粒径优选为10
‑
～500nm，更优选为10～100nm。在本专利技术，所述纳米粒子具有活性羟基，能够利用硅烷偶联剂在纳米粒子表面接枝氨基酸。
[0030]本专利技术提供的氨基酸改性纳米粒子包括接枝在所述纳米粒子表面的氨基酸。在本专利技术中，所述氨基酸优选为α
‑
氨基酸，更优选包括甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸或谷氨酸。本专利技术采用α
‑
氨基酸相比于其他种类的氨基酸，能够提高接枝反应的活性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸改性纳米粒子，其特征在于，包括纳米粒子、氨基酸和用于接枝所述纳米粒子和氨基酸的接枝单元，所述接枝单元为硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的氨基酸改性纳米粒子，其特征在于，所述纳米粒子包括二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯、三氧化二铝、氧化锌或四氧化三铁。3.根据权利要求1所述的氨基酸改性纳米粒子，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于有海，王琦，陈春海，代凤娜，姚佳楠，钱广涛，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：