一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜及其制备方法与应用。所述具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜为在疏水膜的至少一面修饰甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒。本发明专利技术制备的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜具有以下的几个特点：当膜蒸馏过程中所用料液为富含蛋白质的海水或其它水质时，本发明专利技术膜具有较好的抗性，且涂层颗粒为纳米级，分散均匀，本发明专利技术膜在100h实验运行中均保持较高的通量；膜截留率大于99.9％，产出的淡水水质好；相比于商业膜，本发明专利技术膜表面蛋白质污染大大减小，对疏水膜表面抗蛋白质的过程提供了一定的参考。提供了一定的参考。提供了一定的参考。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于海水或者其它水质淡化
，具体涉及一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]膜蒸馏(Membrane Distillation，简称MD)技术是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种“热膜耦合”技术。该技术以疏水微孔膜两侧的蒸汽压力差为传质驱动力，一定温度的料液与膜接触，由于膜的疏水性，料液不能通过膜孔，而是在膜上发生界面蒸发，产生的水蒸气通过膜孔到达膜的另一侧并发生冷凝，而料液侧的其它非挥发性组分则被截留，以此达到分离纯化的目的。膜蒸馏按照形式的不同，可以分为直接接触式(DCMD)、气隙式(AGMD)、吹扫气式(SGMD)和真空式(VMD)等。膜蒸馏的膜材料通常有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)以及金属氧化物陶瓷材料等。膜蒸馏作为一种新兴的海水淡化技术，在处理高浓度盐水和利用低品热能方面具有巨大的优势，但膜污染问题限制了该技术的发展。由于蛋白质在一定温度下会发生变性，形成疏水基团包裹外露的结构，对疏水膜的污染性更强，因此在含高蛋白的水质中，需要对疏水膜进行亲水性改性，以满足抗蛋白质污染性能以及增加膜的耐久性。
[0003]专利号CN 106823857 B公开了一种膜蒸馏用PVDF
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HFP疏水膜的制备方法，该方法运用非溶剂致相分离法，将PVDF
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HFP铸膜液刮涂成膜，最后冷冻干燥得到PVDFr/>‑
HFP疏水膜。该方法制备简单，接触角大，但是对于水中的疏水性污染物的防污性能较差。
[0004]专利号CN 108404685B公开了一种高通透、耐润湿、抗污染膜蒸馏用蒸馏膜的制备方法，该方法通过将疏水基膜、超疏水皮层进行复合，然后将超亲水纺丝液喷涂在超疏水皮层上，得到不对称超润湿复合纳米纤维膜。该方法制备过程较为复杂，膜表面的抗污染性能较好，但是机械性能和耐久性较差。
[0005]专利号CN 113101817 B公开了一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用，该方法以疏水性的高聚物材料为主体，并基于质量百分比添加纳米级低导热材料，利用其独特的性能，提高膜的通量和热量利用率。该方法使用的纳米级低导热材料可以降低膜的导热系数，但是对于膜污染没有特别的益处，甚至增加膜污染程度。
[0006]专利号CN 111871230B公开了一种针对膜蒸馏过程的耐摩擦、抗污染的超疏水膜及其制备方法，该方法通过静电纺丝的方法在纳米纤维支撑层表面静电喷涂了耐摩擦的超疏水层，使膜具有良好的稳定性和抗摩擦性能。该方法通过增加膜表面的疏水性来达到抗污染、抗润湿的功能，但是由于疏水相互作用，膜对于疏水性污染物如蛋白质的抗性有限。
[0007]综上所述，与现有技术的膜蒸馏用膜相比，本专利技术制备的一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜制备方法简单，具有较高的接触角，较低的导热系数，较高的通量，以及膜表面与海水接触部分形成的水化层结构对蛋白质污染具有较高的抗性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，为了同时解决膜表面疏水性和蛋白质与疏水膜疏水相互作用相矛盾的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种膜蒸馏用膜，以疏水膜为基底，通过在该基底膜上喷涂甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒，构建亲水性位点，以在料液侧膜表面水接触部分形成水化层，从而在保证膜疏水性的同时减少蛋白质与疏水膜表面的疏水相互作用，以达到提高疏水膜抗蛋白质污染的性能。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜，在疏水膜的至少一面修饰甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒。可以在疏水膜的一面或两面修饰甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒，为了保证膜材料具有一定强度，本专利技术实施例仅对疏水膜的一面修饰甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒。
[0011]优选的，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为80～400nm；
[0012]优选的，所述甜菜碱为十二～十四磺基二羟乙基磺基甜菜碱、十二～十四烷基羟丙基磺基甜菜碱的一种或多种。
[0013]上述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将所述甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒与溶剂混合，喷涂在所述疏水膜表面，在50～80℃下反应2～6h，得到所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜。
[0015]优选的，所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、己烷和四氢呋喃中的一种；
[0016]优选的，所述不同的喷涂量为0.5～8μg/mm2。
[0017]优选的，所述纳米二氧化硅颗粒的制备方法为：按照正硅酸四乙酯：乙醇：氨水＝1～4：10～50∶1～4的体积比，将所述正硅酸四乙酯与乙醇混合，再加入所述氨水，在20～40℃下反应2～8h；离心、乙醇洗涤，干燥得到白色的纳米二氧化硅颗粒；所述氨水的体积浓度为20
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30％。
[0018]进一步优选的，所述氨水的体积浓度为25％。
[0019]进一步优选的，所述离心、乙醇洗涤重复至少三次。
[0020]进一步优选的，所述干燥的温度为80～120℃。
[0021]优选的，所述甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为：按照纳米二氧化硅颗粒：聚乙二醇：盐酸多巴胺＝20：0.5～1：2～8的质量比，在pH值为8～10的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中加入所述纳米二氧化硅颗粒和所述聚乙二醇，超声分散均匀，在进行磁力搅拌的过程中，加入所述盐酸多巴胺，在20～40℃下聚合8～24h；离心、乙醇洗涤，干燥得到棕黑色颗粒；将所述的棕黑色颗粒与甜菜碱按1∶10～30的质量比混合后在80～100℃搅拌下回流反应4～8h，离心、乙醇洗涤，干燥得到甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒。
[0022]进一步优选的，两次所述离心、乙醇洗涤均重复至少三次。
[0023]进一步优选的，两次所述干燥的温度均为80～120℃。
[0024]进一步优选的，所述聚乙二醇的分子量为50～2000；
[0025]进一步优选的，所述甜菜碱为质量浓度大于45％的甜菜碱溶液。
[0026]优选的，所述疏水膜的制备方法为：基底膜和2～6mol/L的氢氧化钠溶液在50～80℃下反应2～4h；冲洗，干燥，然后置于含氟硅烷溶液中，在50～80℃下反应8～16h，反应后干燥得到疏水膜；
[0027]进一步优选的，所述基底膜为聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯
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共聚
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三氟乙烯、聚偏氟乙烯
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共聚
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三氟氯乙烯、聚四氟乙烯中的一种；
[0028]进一步优选的，所述氟硅烷为全氟十二～十七烷基三甲氧基硅烷、全氟十二～十七烷基三乙氧基硅烷、全氟十二～十七烷基三氯硅烷中的一种；
[0029]进一步优选的，所述氟硅烷溶液的体积浓度为0.5～2％；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜，其特征在于，在疏水膜的至少一面修饰甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒。2.根据权利要求1所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒的粒径为80～400nm；所述甜菜碱为十二～十四磺基二羟乙基磺基甜菜碱、十二～十四烷基羟丙基磺基甜菜碱的一种或多种。3.权利要求1或2所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒与溶剂混合，喷涂在所述疏水膜表面，在50～80℃下反应2～6h，得到所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜。4.根据权利要求3所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、己烷和四氢呋喃中的一种；所述不同的喷涂量为0.5～8μg/mm2。5.根据权利要求3所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒的制备方法为：按照正硅酸四乙酯∶乙醇∶氨水＝1～4∶10～50∶1～4的体积比，将所述正硅酸四乙酯与乙醇混合，再加入所述氨水，在20～40℃下反应2～8h；离心、乙醇洗涤，干燥得到纳米二氧化硅颗粒；所述氨水的体积浓度为20～30％。6.根据权利要求3所述的具有抗蛋白质污染功能的膜蒸馏用疏水膜的制备方法，其特征在于，所述甜菜碱改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法为：按照纳米二氧化硅颗粒∶聚乙二醇∶盐酸多巴胺＝20∶0.5～1∶2～8的质量比，在pH值为8～10的三羟甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立志，杨翔宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：