一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法，先将多巴胺与α

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜
，特别涉及一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]膜分离技术已广泛应用于水和废水处理过程。然而，膜在长期的运行过程中遭遇有机和生物污染。生物污染形成机质复杂，其中微生物和有机分子的粘附起着至关重要的作用。更严重的是，附着的有机污染物和微生物导致膜通量下降，膜清洗频繁，能耗高，膜寿命缩短等问题。因此，开发能够抗有机和生物分子黏附的同时杀灭细菌的功能化膜是一种更有吸引力的策略。
[0003]两性离子聚合物可以延缓微生物附着在膜表面，但它们不能使细菌细胞失活。因此，相关研究利用抗菌剂，如阳离子聚合物、碳基纳米材料、银和两性离子聚合物来制备双嵌段功能膜，实现“防御”与“攻击”相结合的策略。但值得注意的是，对于实际的膜过滤过程，水通过长聚合物刷功能化膜的障碍并没有被长聚合物刷的亲水性变化所抵消。因此，亲水性阳离子聚合物可能成为一种延缓膜生物污染的材料。但是实际研发中，抗有机和生物污染同时兼具杀灭细菌往往很难实现，若引入抗菌性物质来改善抗菌性，又容易影响膜通量及抗有机/生物的效果，使兼具上述效果的膜的开发面临较大挑战。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的基于聚离子液体刷功能化的超滤膜，不仅能够有效提高膜的抗菌性，同时，还能够有效抵抗生物及有机污染、在面对生物及有机污染时仍保持较高通量、减少生物及有机污染对膜通量的破坏。
[0005]本专利技术提供了一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]a)多巴胺与α
‑
溴异丁酰溴反应，得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂反应液；
[0007]b)将所述α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂反应液与缓冲液混合，得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液；
[0008]c)将所述α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液施加到超滤膜表面进行反应，得到表面带引发位点的超滤膜；
[0009]d)将离子液体混合液施加到所述表面带引发位点的超滤膜表面，进行原子转移自由基聚合反应，得到基于聚离子液体刷功能化的超滤膜；
[0010]其中，
[0011]所述离子液体混合液包括：离子液体、溶剂和添加物；
[0012]所述离子液体为四氟硼酸盐离子液体；且离子液体中阳离子的烷基链为C4烷基链；
[0013]所述添加物为还原剂和配体。
[0014]优选的，步骤d)中，所述离子液体为1
‑
丁基
‑
3甲基咪唑四氟硼酸盐。
[0015]优选的，步骤d)中，所述原子转移自由基聚合反应的时间为6～12h。
[0016]优选的，步骤c)中，所述反应的时间为10～90min。
[0017]优选的，步骤a)中，所述多巴胺∶α
‑
溴异丁酰溴的摩尔比优选为(1～3.15)∶1.05。
[0018]优选的，步骤a)中，所述反应在缚酸剂存在的条件下进行；
[0019]所述缚酸剂为三乙胺、吡啶和碳酸钠中的至少一种。
[0020]优选的，步骤a)中多巴胺∶步骤b)中缓冲液的用量比优选为2.1mmol∶(50～150)mL。
[0021]优选的，步骤c)中，将α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液倒在超滤膜表面；具体包括：在步骤b)之前预先制备超滤膜固定物，在步骤b)得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液后，立即迅速倒入所述超滤膜固定物中；
[0022]所述超滤膜固定物通过以下方式制得：将超滤膜贴在基板上，再用框架将超滤膜固定在基板上。
[0023]本专利技术还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的基于聚离子液体刷功能化的超滤膜。
[0024]本专利技术还提供了一种上述技术方案中所述的基于聚离子液体刷功能化的超滤膜在废水处理中的应用。
[0025]本专利技术提供的制备方法，先将多巴胺与α
‑
溴异丁酰溴反应，得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂；再用缓冲液对α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释，得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液；然后，将α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液施加到超滤膜表面进行反应，得到表面带引发位点的超滤膜；最后，将一定的离子液体混合液施加到所述表面带引发位点的超滤膜表面，进行原子转移自由基聚合反应，得到基于聚离子液体刷功能化的超滤膜。本专利技术采用多巴胺与α
‑
溴异丁酰溴反应得到α
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溴异丁基功能化多巴胺引发剂，以该特定引发剂对超滤膜表面进行处理和反应，在超滤膜表面形成特定的连接物和引发位点，然后向超滤膜表面引入特定的离子液体，在上述引发位点特定连接物的作用下，进行原子转移自由基聚合反应，使聚离子液体刷固定在膜表面。本专利技术基于聚离子液体刷表面改性的聚偏氟乙烯抗生物及有机双重污染超滤膜通过ATRP技术将一定的亲水性聚离子液体刷固定在膜表面，赋予PVDF超滤膜优异的抗菌性能的同时不损失膜表面亲水性；固定在膜表面的聚离子液体刷可防止细菌黏附至膜表面达到“防御”的目的。本专利技术最终得到聚离子液体刷功能化的超滤膜与原始超滤膜相比，在动态过滤过程中抗生物污染，抗有机污染性能有所提升。并通过实际水体处理实验进一步证明所制备的超滤膜实际运用价值。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为对比例1
‑
2及实施例1所得膜样品的表面形貌结构图；其中，图1(a)为对比例
1所得膜样品的表面形貌结构图，图1(b)为对比例2所得膜样品的表面形貌结构图，图1(c)为实施例1所得膜样品的表面形貌结构图；
[0028]图2为对比例1
‑
2及实施例1所得膜样品的傅里叶红外变换光谱图；其中，图2(a)为对比例1所得膜样品的傅里叶红外变换光谱图，图2(b)为对比例2所得膜样品的傅里叶红外变换光谱图，图2(c)为实施例1所得膜样品的傅里叶红外变换光谱图；
[0029]图3为对比例1
‑
2及实施例1所得膜样品的抗菌性测试效果图；
[0030]图4为对比例1
‑
2及实施例1所得膜样品的水通量试效果图；
[0031]图5为对比例1
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2及实施例1所得膜样品的抗生物污染性能试效果图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚离子液体刷功能化的超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)多巴胺与α
‑
溴异丁酰溴反应，得到α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂反应液；b)将所述α
‑
溴异丁基功能化多巴胺引发剂反应液与缓冲液混合，得到α
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溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液；c)将所述α
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溴异丁基功能化多巴胺引发剂稀释液施加到超滤膜表面进行反应，得到表面带引发位点的超滤膜；d)将离子液体混合液施加到所述表面带引发位点的超滤膜表面，进行原子转移自由基聚合反应，得到基于聚离子液体刷功能化的超滤膜；其中，所述离子液体混合液包括：离子液体、溶剂和添加物；所述离子液体为四氟硼酸盐离子液体；且离子液体中阳离子的烷基链为C4烷基链；所述添加物为还原剂和配体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述离子液体为1
‑
丁基
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3甲基咪唑四氟硼酸盐。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述原子转移自由基聚合反应的时间为6～12h。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王允坤，地力努，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：