CN111760469A - 一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，属于膜分离技术领域。本发明首先巧妙地选用了具有多羟基的单宁酸为主要成分，以绿色天然无毒的明胶和单宁酸发生的迈克尔加成反应所形成亲水层物质，然后以PVDF，PTFE，PP，铜网等为基底，采用浸泡沉淀的方法，合成亲水膜。采用此法制备复合膜，合成工艺绿色无毒，简单操作，组分均匀分散，亲水物质与基底的黏附性好，其表面性能方面具有显著的改善。

Description

一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，属于分离膜技术领域。
背景技术
经过37亿年的进化和自然选择，自然界中的动植物巧妙地履行了各种引人入胜的功能，以响应和适应复杂的自然环境交互过程中的变化方面实现优化的性能。其中具有特定润湿性的生物启发型多尺度功能材料的进展极为显著。从选定的天然表面开始，引入具有特定润湿性的人造生物启发表面，重点是结构特征和宏观特性之间的协作，包括荷叶启发的超疏水表面，鱼鳞启发的超亲水/水下超疏油表面，微浮生物启发的超疏油表面，以及猪笼草（捕虫草）启发了光滑的液体注入多孔表面（SLIPS），以及其它将特殊润湿性与机械性能，光学性能和液滴的单向传输结合起来的多功能表面。现今改性膜的领域得到了快速发展，可以有效解决膜污染及膜分离等领域的问题。改性膜技术，即亲水涂层改性在膜分离改性技术中占有很大的比重，因为亲水涂层相比亲油涂层，可以降低膜污染，对于现今的油水污染物理分离领域具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，单宁酸与明胶发生迈克尔加成，吸附在基底膜上，通过物质量控比，能够有效改变基膜的表面性质，润湿性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，包含下述步骤：
（1）基底膜的预处理：将基膜浸泡于容积比2：1的去离子水和乙醇的混合溶液中，超声振荡20分钟，目的是清除膜的污染物及其杂质，用蒸馏水冲洗三次，然后置于40度烘箱中，烘干；
（2）单宁酸与明胶的亲水层的合成：将明胶与单宁酸按质量比1：1的配比，制成均匀溶液，溶于一定量的Tris溶液中， 将步骤（1）中预备的膜，用无水乙醇预湿后，置于上述的溶液中，浸泡6小时，此时混合溶液处于轻微搅拌状态；
（3）膜的后处理：从步骤（2）中取出膜，用蒸馏水和乙醇分别冲洗三次，然后置于纸巾上吸干，自然环境下放置2小时，得到具有亲水性的改性膜层。
步骤（1）（2）（3）中所述的膜选用为疏水亲油膜底系列，如PVDF，PP，PTFE，织物，铜网等。
步骤（1）所述的清洗膜的超声粉碎机振荡频率在20-40KHz。
步骤（2）中所述一定量的Tris溶液物质量浓度是50mM。
步骤（2）中所述混合溶液的转速是100-200r/min。
步骤（2）中所述用无水乙醇预湿步骤在于，将膜浸于无水乙醇溶液，多余的乙醇用纸吸干。
步骤（2）中所述亲水涂层制备过程中始终保持室温。
步骤（3）中所述改性膜也可以用于油水分离领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：巧妙地选用了绿色无毒的明胶和天然的单宁酸为原料，在碱性环境中，发生迈克尔加成聚反应，而附着在基底膜上，实现了对基底表面原本界面的性质的改变，改变其原本的表面性能，合成了具有亲水性质的涂层膜。相较于单一的明胶或者单宁酸改性，该种方法两者的协同效用，有利于单宁酸与明胶反应产物的黏附，单宁酸的多羟基和明胶的各氨基团有效地保证了膜的亲水性，与其他工艺相比，合成工艺简洁，简单，组分单一。且有利于材料表面润湿性的改善，更可以用于油水分离领域。该过程中所涉及方程式如下：
Figure 877647DEST_PATH_IMAGE001
具体实施方式
下面，为了使本发明更好的理解与应用，将结合具体实例对本发明进行进一步的详细阐述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
（1）基底膜的预处理：依次量取20ml的去离子水和10ml无水乙醇，置于50ml的烧杯中 ，充分振荡后，倒入培养皿中。将PVDF膜置于培养皿中，于超声粉碎机超声振荡20分钟。将PVDF膜取出，用蒸馏水冲洗三次，放置在40度烘箱中，烘干20分钟;
（2）单宁酸与明胶的亲水层的合成：首先在250ml的烧杯中，依次加入蒸馏水200ml，明胶0.4g，充分搅拌，直至明胶溶解。然后加入Tris物质1.214g于溶液中，再加入0.4g的单宁酸，混合均匀，此时溶液由无色透明变为深绿，逐渐变明黄色。将新制好的混合溶液倒入培养皿中，现取上述步骤预处理过的PVDF膜，用乙醇预湿后，吸取多余溶液后，放置于溶液中，微搅拌下，室温浸泡6小时;
（3）膜的后处理：将上述过程的处理过的PVDF膜取出，分别用去离子水和乙醇冲洗三次，去除残留物质与杂质，然后室温条件下放置2小时，自然烘干，得到具有亲水性的改性膜PVDF。
实施例2
（1）基底膜的预处理：依次量取20ml的去离子水和10ml无水乙醇，置于50ml的烧杯中 ，充分振荡后，倒入培养皿中。将PVDF膜置于培养皿中，于超声粉碎机超声振荡20分钟。将PVDF膜取出，用蒸馏水冲洗三次，放置在40度烘箱中，烘干20分钟；
（2）明胶的亲水层的合成：首先在250ml的烧杯中，依次加入蒸馏水200ml，明胶0.4g，充分搅拌，直至明胶溶解。然后加入Tris物质1.214g于溶液中，混合均匀。将新制好的混合溶液倒入培养皿中，现取上述步骤预处理过的PVDF膜，用乙醇预湿后，吸取多余溶液后，放置于溶液中，微搅拌下，室温浸泡6小时；
（3）膜的后处理：将上述过程的处理过的PVDF膜依次取出，分别用去离子水和乙醇冲洗三次，去除残留物质与杂质，然后室温条件下放置2小时，自然烘干，得到具有亲水性的改性膜PVDF。
本例实施中为明胶试剂改性的亲水涂层，即得到明胶亲水层膜。
实施例3
（1）基底膜的预处理：依次量取20ml的去离子水和10ml无水乙醇，置于50ml的烧杯中 ，充分振荡后，倒入培养皿中。将PVDF膜置于培养皿中，于超声粉碎机超声振荡20分钟。将PVDF膜取出，用蒸馏水冲洗三次，放置在40度烘箱中，烘干20分钟；
（2）单宁酸亲水层的合成：首先在250ml的烧杯中，依次加入蒸馏水200ml， Tris试剂1.214g于溶液中，再加入0.4g的单宁酸，混合均匀，此时溶液呈明黄色。将新制好的混合溶液倒入培养皿中，现取上述步骤预处理过的PVDF膜，用乙醇预湿后，吸取多余溶液后，放置于溶液中，微搅拌下，室温浸泡6小时；
（3）膜的后处理：将上述过程的处理过的PVDF膜依次取出，分别用去离子水和乙醇冲洗三次，去除残留物质与杂质，然后室温条件下放置2小时，自然烘干，得到具有亲水性的改性膜PVDF。
本例实施中为单宁酸试剂改性的亲水涂层，即得到单宁酸亲水层膜。
本发明将各实施例的改性膜性能参数进行比较，比较参数有接触角，水通量等。
接触角性能测试按 GB/T 24604-2009 进行，测试设备为海中晨数字技术设备有限公司的0~180度，0.1或0.5/JC2000D2接触角测量仪，式样为上述各实施例所得改性膜。
膜通量（J）的计算公式为：J= V/(T×A)。其中：J是膜通量（L/m2·h）；V是取样体积（L）；T是取样时间（h）；A是膜有效面积（m2）。
表1：
接触角 水下接触角 空气中接触角
原始PVDF 20<sup>o</sup> 120<sup>o</sup>
实施例一 156<sup>o</sup> 0
实施例二 135<sup>o</sup> 23<sup>o</sup>
实施例三 132<sup>o</sup> 31<sup>o</sup>
表2：
纯水通量
原始PVDF 300
实施例一 5783
实施例二 1205
实施例三 1450

Claims (8)

1.一种单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法：其特征在于按照以下步骤进行制备:
（1）基底膜的预处理：将底膜浸泡于容积比2：1的去离子水和乙醇的混合溶液中，超声振荡20分钟，目的是清除膜的污染物及其杂质，然后用蒸馏水冲洗三次，然后置于40度烘箱中，烘干；
（2）单宁酸与明胶的亲水层的合成：将明胶与单宁酸按质量比1：1的配比，制成均匀溶液，溶于一定量的Tris溶液中， 将步骤（1）中预备的膜，用无水乙醇预湿后，置于上述的溶液中，浸泡6小时，此时混合溶液处于轻微搅拌状态；
（3）膜的后处理：从步骤（2）中取出膜，用蒸馏水和乙醇分别冲洗三次，然后置于纸巾上吸干，自然环境下放置2小时，得到具有亲水性的改性膜层。
2.根据权利要求1所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（1）（2）（3）中所述的膜选用为疏水亲油膜底系列，如PVDF，PP，PTFE，织物，铜网等。
3.根据权利要求1 所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的清洗膜的超声机振荡频率在20-40KHz。
4.根据权利要求1所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述一定量的Tris溶液物质量浓度是50mM。
5.根据权利要求1所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述混合溶液的转速是100-200r/min。
6.根据权利要求1所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述用无水乙醇预湿步骤在于，将膜浸于无水乙醇溶液，多余的乙醇用纸吸干。
7.根据权利要求1所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述亲水涂层制备过程中始终保持室温。
8.根据权利要求1-7所述单宁酸与明胶亲水涂层的膜的制备方法，所得到的具有亲水性的改性膜可以用于油水分离领域。
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