CN111545084A - 一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法 - Google Patents

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李树伟
邓芳
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Abstract

本发明公开了一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括：S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；S2：配制pH值为5.5‑8的磷酸盐缓冲溶液；S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1‑0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液。本发明单宁酸和聚醚胺交替沉积多孔聚合物原膜上，可以得到选择层结构稳定的纳滤膜，有利于提高膜的稳定性。而且，聚醚胺中的聚乙二醇链段可以减少蛋白质的粘附，提高了膜的抗污染性能。

Description

一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳滤膜技术领域，具体为一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法。
背景技术
纳滤膜分离技术在废水处理、生物制药和石油化工等领域里有广泛的应用。采用共涂覆方法或者层层自组装方法是较为常用的制备纳滤膜的方法，在共涂覆制膜过程中，两种单体溶于同一种溶液中，然后基膜浸泡在混合溶液中沉积。该类共涂覆法制备的纳滤膜，涂层厚度较难控制，从而导致纳滤膜的通量波动大。常见的层层自组装制备纳滤膜的原料为聚电解质，自组装过程的驱动力为正负电荷间的静电作用力，纳滤膜的选择层结构往往不稳定。
纳滤分离由于其环保节能，可以用于处理工业废水，如用于染料废水中染料的清除；也可以用于食品生产以及医药行业,而且由于纳滤分离不涉及相变，不需要加热，不发生化学反应，可用于废水的重复利用。因此研究制备具有优良分离性能的纳滤膜，用其替代某些能耗巨大、不环保的传统工艺，并且它还对降低成本、降低能耗、减轻环境污染、提高企业竞争力等方面有重要的意义。
而水通道蛋白，又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质，在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样，目前尚未出现将水通道蛋白利用到纳滤膜分离技术上，因此本发明提出了一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明多孔支撑层表面上负载有水通道蛋白囊泡以及第一分散液中的多元胺、表面活性剂和酸接收剂，进而得到表面处理多孔支撑层，其中表面活性剂的加入有利于多元胺水相和水通道蛋白囊泡在多孔支撑层上的铺展，促进后续胺和酰氯充分反应，酸接收剂能够中和后续界面聚合反应形成的酸，促进平衡反应的进行。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；
S2：配制pH值为5.5-8的磷酸盐缓冲溶液；
S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1-0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液；
S4：将所述聚合物原膜浸泡在所述单宁酸溶液中，然后用去离子水漂洗5min，
S5：再将S4中浸泡并漂洗后的聚合物原膜浸泡在所述聚醚胺溶液中，然后用去离子水漂洗5min；
S6：重复S4-S5步骤0-2次；通过单宁酸和聚醚胺进行反应性层层自组装制备得到所述纳滤膜。
优选的，所述水通道蛋白囊泡中的水通道蛋白为水通道蛋白Z、水通道蛋白1、水通道蛋白S、水通道蛋白TIP、水通道蛋白PIP、水通道蛋白Y和水通道蛋白NIP的一种或多种。
优选的，所述单宁酸溶液和聚醚胺溶液的浓度均为0.3-0.5g/L，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为8。
优选的，所述聚醚胺的分子量为500、800和1900中的至少一种。
优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
优选的，所述多元胺水相单体溶液中，所述多元胺的质量含量为2％～6％，所述表面活性剂的质量含量为0.01％～0.5％；优选所述多元胺水相单体溶液的pH值大于7，优选为10～12.5。
(三)有益效果
本发明提供了一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，具备以下有益效果：
(1)本发明中，由于单宁酸中有大量的酚羟基，而聚醚胺分子链中具有丰富的亲水基团，因此单宁酸和聚醚胺层层自组装制备的纳滤膜亲水性好；同时，涂覆层中的单宁酸和聚醚胺可形成分子间氢键，且在弱碱性条件下单宁酸中的部分羟基可以转化为羰基，并进一步与聚醚胺中的胺基反应通过迈克尔加成反应或西佛碱反应形成共价键；单宁酸和聚醚胺交替沉积多孔聚合物原膜上，可以得到选择层结构稳定的纳滤膜，有利于提高膜的稳定性。而且，聚醚胺中的聚乙二醇链段可以减少蛋白质的粘附，提高了膜的抗污染性能；
(2)本发明的水通道蛋白以水通道蛋白囊泡的方式存在于复合纳滤膜中，其不会受到外界的污染，因此可以保持高活性；S1使得多孔支撑层表面上负载有水通道蛋白囊泡以及第一分散液中的多元胺、表面活性剂和酸接收剂，进而得到表面处理多孔支撑层，其中表面活性剂的加入有利于多元胺水相和水通道蛋白囊泡在多孔支撑层上的铺展，促进后续胺和酰氯充分反应，酸接收剂能够中和后续界面聚合反应形成的酸，促进平衡反应的进行。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；
S2：配制pH值为5.5-8的磷酸盐缓冲溶液；
S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1-0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液；
S4：将所述聚合物原膜浸泡在所述单宁酸溶液中，然后用去离子水漂洗5min，
S5：再将S4中浸泡并漂洗后的聚合物原膜浸泡在所述聚醚胺溶液中，然后用去离子水漂洗5min；
S6：重复S4-S5步骤0-2次；通过单宁酸和聚醚胺进行反应性层层自组装制备得到所述纳滤膜。
所述水通道蛋白囊泡中的水通道蛋白为水通道蛋白Z、水通道蛋白1、水通道蛋白S、水通道蛋白TIP、水通道蛋白PIP、水通道蛋白Y和水通道蛋白NIP的一种或多种，所述单宁酸溶液和聚醚胺溶液的浓度均为0.3-0.5g/L，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为8。，所述聚醚胺的分子量为500、800和1900中的至少一种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种，所述多元胺水相单体溶液中，所述多元胺的质量含量为2％～6％，所述表面活性剂的质量含量为0.01％；优选所述多元胺水相单体溶液的pH值大于7，优选为10～12.5。
实施方式具体为：由于单宁酸中有大量的酚羟基，而聚醚胺分子链中具有丰富的亲水基团，因此单宁酸和聚醚胺层层自组装制备的纳滤膜亲水性好；同时，涂覆层中的单宁酸和聚醚胺可形成分子间氢键，且在弱碱性条件下单宁酸中的部分羟基可以转化为羰基，并进一步与聚醚胺中的胺基反应通过迈克尔加成反应或西佛碱反应形成共价键；单宁酸和聚醚胺交替沉积多孔聚合物原膜上，可以得到选择层结构稳定的纳滤膜，有利于提高膜的稳定性。而且，聚醚胺中的聚乙二醇链段可以减少蛋白质的粘附，提高了膜的抗污染性能。
实施例2
一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；
S2：配制pH值为5.5-8的磷酸盐缓冲溶液；
S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1-0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液；
S4：将所述聚合物原膜浸泡在所述单宁酸溶液中，然后用去离子水漂洗5min，
S5：再将S4中浸泡并漂洗后的聚合物原膜浸泡在所述聚醚胺溶液中，然后用去离子水漂洗5min；
S6：重复S4-S5步骤0-2次；通过单宁酸和聚醚胺进行反应性层层自组装制备得到所述纳滤膜。
所述水通道蛋白囊泡中的水通道蛋白为水通道蛋白Z、水通道蛋白1、水通道蛋白S、水通道蛋白TIP、水通道蛋白PIP、水通道蛋白Y和水通道蛋白NIP的一种或多种，所述单宁酸溶液和聚醚胺溶液的浓度均为0.3-0.5g/L，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为8。，所述聚醚胺的分子量为500、800和1900中的至少一种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种，所述多元胺水相单体溶液中，所述多元胺的质量含量为2％～6％，所述表面活性剂的质量含量为0.05％；优选所述多元胺水相单体溶液的pH值大于7，优选为10～12.5.
实施例3
一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；
S2：配制pH值为5.5-8的磷酸盐缓冲溶液；
S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1-0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液；
S4：将所述聚合物原膜浸泡在所述单宁酸溶液中，然后用去离子水漂洗5min，
S5：再将S4中浸泡并漂洗后的聚合物原膜浸泡在所述聚醚胺溶液中，然后用去离子水漂洗5min；
S6：重复S4-S5步骤0-2次；通过单宁酸和聚醚胺进行反应性层层自组装制备得到所述纳滤膜。
所述水通道蛋白囊泡中的水通道蛋白为水通道蛋白Z、水通道蛋白1、水通道蛋白S、水通道蛋白TIP、水通道蛋白PIP、水通道蛋白Y和水通道蛋白NIP的一种或多种，所述单宁酸溶液和聚醚胺溶液的浓度均为0.3-0.5g/L，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为8。，所述聚醚胺的分子量为500、800和1900中的至少一种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种，所述多元胺水相单体溶液中，所述多元胺的质量含量为2％～6％，所述表面活性剂的质量含量为0.03％；优选所述多元胺水相单体溶液的pH值大于7，优选为10～12.5。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1，将水通道蛋白囊泡和多元胺水相单体溶液设置在多孔支撑层的表面上，得到表面处理多孔支撑层，所述多元胺水相单体溶液包括多元胺、表面活性剂、酸接受剂和水；
S2：配制pH值为5.5-8的磷酸盐缓冲溶液；
S3：将单宁酸和聚醚胺分别溶解在所述磷酸盐缓冲溶液中，配制成浓度均为0.1-0.5g/L的单宁酸溶液和聚醚胺溶液；
S4：将所述聚合物原膜浸泡在所述单宁酸溶液中，然后用去离子水漂洗5min，
S5：再将S4中浸泡并漂洗后的聚合物原膜浸泡在所述聚醚胺溶液中，然后用去离子水漂洗5min；
S6：重复S4-S5步骤0-2次；通过单宁酸和聚醚胺进行反应性层层自组装制备得到所述纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法的其制作方法，其特征在于：所述水通道蛋白囊泡中的水通道蛋白为水通道蛋白Z、水通道蛋白1、水通道蛋白S、水通道蛋白TIP、水通道蛋白PIP、水通道蛋白Y和水通道蛋白NIP的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述单宁酸溶液和聚醚胺溶液的浓度均为0.3-0.5g/L，所述磷酸盐缓冲溶液的pH值为8。
4.根据权利要求2所述的一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述聚醚胺的分子量为500、800和1900中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种含水通道蛋白的复合纳滤膜的制备方法，其特征在于：所述多元胺水相单体溶液中，所述多元胺的质量含量为2％～6％，所述表面活性剂的质量含量为0.01％～0.5％；优选所述多元胺水相单体溶液的pH值大于7，优选为10～12.5。
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