碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法，该方法包括以下步骤：S1、以氨基酸为碳源，热解后加入适量水超声30min，得到碳量子点的分散液；将分散液透析，冷冻干燥得到碳量子点固体；S2、在多巴胺的质量浓度为1

【技术实现步骤摘要】
碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法


[0001]本专利技术属于疏松纳滤膜分离领域，特别涉及一种碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法。

技术介绍

[0002]体量大、高色度的印染废水一直是我国工业废水治理的重点。废水中的大量无机盐具有高的回收利用价值，因此如能将印染废水中的染料和无机盐高效分离，实现废水处理和资源物质的回收利用，对印染行业绿色发展有重要经济意义。
[0003]作为一种高效、环保和节能的分离技术，膜分离在水净化和软化、废水处理、工业提纯和回收等领域有着广泛的应用。其中，纳滤凭借操作压力低、分离效率高的特点，成为膜分离技术研究的热点之一。近年来，基于贻贝仿生的多巴胺沉积技术已被应用于疏松纳滤膜制备中，实现染料
‑
无机盐的有效分离(高染料截留率、低无机盐截留率)。然而，多巴胺氧化自聚合反应通常在空气中进行，时间较长(通常需要十几个小时)，而且沉积的聚多巴胺涂层均匀性较差，涂层中存在较大的聚多巴胺聚集体颗粒，影响聚多巴胺涂层的致密性和稳定性。
[0004]因此，已有一些文献(Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，3054
–
3057；Chem.Eng.J.2020，388，124200；J.Colloid Interface Sci.，2018，523，86
‑
97)报道了促进聚多巴胺快速沉积用于制备纳滤膜的方法。然而，有的制备的纳滤膜过于致密，无法实现染料和无机盐的有效分离(Angew.Chem.Int.Ed.2016，55)；有的由于氧化速度过快需要添加大分子胺类单体，以避免聚多巴胺颗粒的析出(Chem.Eng.J.2020，388，124200)，此外通常需要添加额外的双氧水试剂，增加了经济成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法，该方法利用碳量子点促进多巴胺聚合生成聚多巴胺，实现短时间、均匀的聚多巴胺沉积，获得染料
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无机盐高效分离的疏松纳滤膜。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]S1、制备碳量子点
[0009]以氨基酸为碳源，在240℃
±
10℃的温度下热解1h
‑
2h，冷却至室温后，加入适量水超声30min，得到碳量子点的分散液；
[0010]过滤去除较大的颗粒，将分散液置于透析袋中透析72h以上，最后冷冻干燥得到碳量子点固体；
[0011]S2、聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜
[0012]将多巴胺溶解在含有20mM，pH 8.5的Tris缓冲溶液中，使多巴胺的质量浓度为1
‑
8g/L；在体系中加入碳量子点，控制多巴胺与碳量子点的质量比为1：1
‑
4，得到含有碳量子点的多巴胺溶液；
[0013]将含有碳量子点的多巴胺溶液与超滤膜表面充分接触，在可见光照射、100
‑
400rpm振荡条件下反应40
‑
90min，反应结束后将得到的膜取出，水冲洗后，在40
‑
60℃下热处理10
‑
60min，得到疏松纳滤膜产品。
[0014]一般来说，多巴胺的沉积需要几个小时甚至十几个小时，而经过本专利技术的改进可以实现在一个小时之内完成。本专利技术通过在多巴胺中添加碳量子点来解决聚多巴胺沉积速度慢、沉积均匀性差的问题，有效制备高效染料
‑
无机盐分离的疏松纳滤膜。碳量子点在可见光作用下可产生大量活性氧，促进多巴胺的聚合及聚多巴胺在超滤膜上的快速沉积。本专利技术制备的疏松纳滤膜具有均匀的聚多巴胺涂层，可以实现染料
‑
无机盐的高效分离，具有实际应用的价值。
[0015]作为优选，S1中所述的氨基酸选自赖氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸或精氨酸中的至少一种；S2所述的超滤膜选自聚丙烯腈、聚砜或聚醚砜超滤膜中的一种。
[0016]作为优选，S2中加入Tris缓冲溶液得到的溶液中多巴胺的质量浓度为2
‑
5g/L。
[0017]作为优选，S2中多巴胺与碳量子点的质量比为1：1
‑
3。所述的碳量子点的添加量由其与多巴胺的比例决定，两者比例的控制是为了保证良好的促进聚合效果。
[0018]作为优选，S2中所述的可见光由氙灯光源产生，功率为300W
±
100w，并配有420nm的滤光片。其他可以提供可见光的光源也可以代替使用。
[0019]作为优选，S2中振荡速度为150rpm。
[0020]作为优选，S2中沉积时间为45
‑
60min。
[0021]作为优选，S2中的热处理温度为40
‑
50℃，热处理时间为20
‑
40min。
[0022]作为优选，S1中，以1g氨基酸为碳源，在240℃下热解1h，冷却至室温后，加入20mL去离子水超声30min，得到碳量子点的分散液。
[0023]作为优选，S2中多巴胺与碳量子点的质量比为1：1。
[0024]本专利技术的碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备的纳滤膜的性能评价方法如下：将纳滤膜置于纳滤膜性能评价仪中，测试前在0.6MPa下预压1h，然后在0.6MPa，25℃下，测定纳滤膜的水通量(J)和盐截留率(R)。计算公式为：其中，A为有效膜面积(22.5cm2)；t为收集体积V的渗透液所需的时间；C
p
和C
f
分别为进料液和渗透液的浓度。无机盐的浓度通过电导率仪测定，染料浓度通过紫外
‑
可见光吸收光谱测定。
[0025]本专利技术在可见光下，采用碳量子点促进多巴胺聚合及聚多巴胺在超滤膜表面上的快速沉积，从而获得疏松纳滤膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1)在无需重金属离子、额外试剂添加的情况下，通过生物质碳量子点促进聚多巴胺的沉积，可在40
‑
90min内完成，缩短聚多巴胺沉积分离膜的制备时间；
[0027]2)可在超滤膜表面形成均匀、稳定的聚多巴胺涂层；
[0028]3)通过调控多巴胺和碳量子点的比例、沉积时间可优化疏松纳滤膜分离性能，实现染料和无机盐的有效分离。
附图说明
[0029]图1是多巴胺在空气中聚合及添加碳量子点促聚合过程中吲哚基团紫外吸收随时间的变化；
[0030]图2是2`,7`
‑
二氯二氢荧光素磷酸盐缓冲溶液和添加碳量子点的2`,7`
‑
二氯二氢荧光素磷酸盐缓冲溶液在520nm处荧光强度随时间的变化；
[0031]图3是本专利技术所述的碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的表面形貌图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点促进聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1、制备碳量子点以氨基酸为碳源，在240℃
±
10℃的温度下热解1h
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2h，冷却至室温后，加入适量水超声30min，得到碳量子点的分散液；过滤去除较大的颗粒，将分散液置于透析袋中透析72h以上，最后冷冻干燥得到碳量子点固体；S2、聚多巴胺快速沉积制备疏松纳滤膜将多巴胺溶解在含有20mM，pH 8.5的Tris缓冲溶液中，使多巴胺的质量浓度为1
‑
8g/L；在体系中加入碳量子点，控制多巴胺与碳量子点的质量比为1：1
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4，得到含有碳量子点的多巴胺溶液；将含有碳量子点的多巴胺溶液与超滤膜表面充分接触，在可见光照射、100
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400rpm振荡条件下反应40
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90min，反应结束后将得到的膜取出，水冲洗后，在40
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60℃下热处理10
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60min，得到疏松纳滤膜产品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S1中所述的氨基酸选自赖氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸或精氨酸中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：秘一芳，黄亦涵，夏文，曹志海，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：