CN112058097B - 一种正渗透膜材料的制备方法 - Google Patents

一种正渗透膜材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112058097B
CN112058097B CN202010412024.3A CN202010412024A CN112058097B CN 112058097 B CN112058097 B CN 112058097B CN 202010412024 A CN202010412024 A CN 202010412024A CN 112058097 B CN112058097 B CN 112058097B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
membrane
dope
phospholipid
transferring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010412024.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112058097A (zh
Inventor
吴一凡
张峰
赵小娟
刘小稳
李荣臣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Shuifa Environment Technology Co ltd
Original Assignee
Shandong Shuifa Environment Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Shuifa Environment Technology Co ltd filed Critical Shandong Shuifa Environment Technology Co ltd
Priority to CN202010412024.3A priority Critical patent/CN112058097B/zh
Publication of CN112058097A publication Critical patent/CN112058097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112058097B publication Critical patent/CN112058097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125—In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种正渗透膜材料的制备方法。该材料是由4层机构组成，所述4层结构为基膜、多巴胺软垫层、含水通道蛋白的磷脂双分子层和高分子保护层。本发明制备的正渗透膜具有致密的非多孔性结构，高效截留，且具有较高的机械强度和耐酸碱性，能够达到对单价离子99%以上的去除效果；稳定性好，渗透膜清洗后水通量恢复率高，抗污染能力强，且能有效缓解浓差极化，运行时间长。水通道蛋白具有单一的水分子选择透过性，其水分子传输速率超过目前任何一种纳米多孔材料，能保证复合膜水通量的大幅度提高。

Description

一种正渗透膜材料的制备方法
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种正渗透膜材料的制备方法。
背景技术
正渗透过程是一种能生产干净水且低能耗或零能耗的独特的技术。正渗透以渗透压差为驱动力，水分子自发的由低浓度的原料液一侧通过渗透膜向高浓度的汲取液传递。据报道，正渗透的理论能耗为0.25 kWh/m3，且由于不需要外加压力，正渗透膜不易被污染物质附着，水回收率可达90%，减少了高盐废水的排放。因此，正渗透技术以低能耗、低膜污染、高水回收率和环境友好等特点逐渐引起了关注。目前，正渗透技术已成为海水淡化和可再生能源技术的研究热点，在海水淡化、废水处理、食品浓缩等多个领域展现出较大潜能。
2010 年，Kaufman Y.等首次将含AQP的磷脂膜铺展到纳滤膜表面并进行了反渗透实验，在膜覆盖率达到75%时，水通量为2.5×10-11 m·Pa-1·s-1，比商品反渗透膜高一个数量级。之后 Chung T.S.课题组、Tang C.Y.课题组以及 Wang R.课题组相继开展了 AQP 在纳滤和反渗透方面的研究，采用的基膜材料包括商品纳滤膜、聚砜膜、醋酸纤维膜和介孔Al2O3，致密层多采用聚合物覆盖含 AQP囊泡的制备方法。他们报道的含AQP复合膜的性能普遍高于商品膜，例如 Tang C.Y.课题组制备的AQP复合反渗透膜在5bar的操作压力下，水通量比商业BW30膜高40%，比SW30HR高一个数量级。然而，AQP 在正渗透膜制备中的应用刚刚起步。2013 年，Chung T.S课题组以ABA型聚合物囊泡作为 AQP 的载体，利用层层自组装方法将含有 AQP 的囊泡固定在金涂层的PCTE 基膜表面，制备得到了含 AQP 的复合正渗透膜，以6000 ppm NaCl溶液为原料液，0.8 M蔗糖溶液为汲取液时，膜通量为17.6 L/m2h，截盐率达到91.8%，这一研究证明了AQP在正渗透膜应用中的潜力。然而，以囊泡作为AQP的载体，水分子通过 AQP 进入囊泡后需要再次通过 AQP穿出囊泡才能进入正渗透膜基膜的孔道，这降低了复合膜的渗透效率；含AQP的囊泡必须吸附于支撑膜的孔道处才能发挥水通道的作用，基膜的孔隙率限制了AQP的有效负载率。
随着社会经济的不断发展，水资源问题也逐渐进入人们的视野，当前，水资源短缺以及能耗过高成为了全球关注的三大热点之一，为了实现能源与水资源的合理协调，正渗透技术凭借其节源能源的优势受到了广泛的关注。正渗透技术具有能耗低、水回收率高、膜污染小的特点，被广泛的应用于海水脱盐、废水再生、纯水及超纯水制备等领域。正渗透膜材料是正渗透技术的核心部分。大量的研究和实践都已表明，正渗透的实际通量远小于理论计算值，正渗透膜发展的关键是如何提高水通量和截盐率。Leob 等人发现浓差极化，尤其是内浓差极化，是影响正渗透膜性能的瓶颈所在。内浓差极化可使正渗透的水通量下降80%，而且内浓差极化发生在正渗透膜的多孔层中，无法通过外在水力学环境来控制。另外，正渗透膜的亲水性对正渗透膜性能也有很大的影响，因此更亲水的磺化聚合物、聚电解质以及沸石分子筛等纳米材料都被应用于制备复合正渗透膜。这些研究丰富了正渗透膜的种类，提高了膜的性能，但若要进一步提高正渗透膜水通量，需要更新的材料和技术推进正渗透膜的革新和拓展。因此，研发一种更亲水、能够有效缓解浓差极化等正渗透膜成为了亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中正渗透膜普遍存在的问题，本发明研发了一种性能优异的正渗透膜材料的制备方法。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：
本发明提供了一种正渗透膜材料的制备方法，该材料是由4层机构组成，所述4层结构为基膜、多巴胺软垫层、含水通道蛋白的磷脂双分子层和高分子保护层。
本发明制备正渗透膜材料具体包括以下步骤：
（1）基膜的制备：
a.铸膜液：将18 g的PS、PLA 或 PAN固体溶于81 g的N,N-二甲基乙酰胺 (DMAC)溶液中，加入6 g的PEG-400，将配置好的铸膜液置于70 ℃条件下恒温搅拌24 h后，于40 ℃条件下静置脱泡24 h以确保铸膜液均匀分散并将气泡排除，脱泡后的铸膜液放置于室温备用；
b.刮膜：将室温下的铸膜液倾倒于已预处理的无纺布，用刮刀将铸膜液刮制成110μm厚的平板膜，预蒸发30 s后，立即投入凝胶水浴中成膜，使用之前至少浸泡24 h，在此期间对凝胶水浴多次更换去离子水；
（2）软垫层的制备：多巴胺软垫层制备：将刮制好的基膜超滤膜浸于2 g/L的左旋多巴-Tris缓冲溶液中，30 ℃条件下恒温振荡15 h，得到的多巴胺改性膜用无水乙醇和去离子水反复振荡清洗表面附着的残留多巴胺，并置于超纯水中浸泡备用；
（3）含水通道蛋白磷脂双层膜的制备:
a.囊泡的制备：将1 mg/ml的DOPE储备溶液取出并放至室温，准确移取4-8mL的DOPE磷脂溶液转入25 ml的圆底烧瓶中，用高纯N2缓慢均匀的吹干烧瓶内的DOPE磷脂溶液，然后将烧瓶真空干燥4 h，向干燥后的附有DOPE磷脂层的烧瓶内加入10mL的PBS2缓冲溶液，DOPE样品在超声振荡器中超声10 min，随后在vortex漩涡振荡器上震荡10 min；
b.冷冻-溶解循环：首先将存在磷脂薄层的烧瓶浸入液氮瓶中冷冻15 min，随后在恒温水浴中在45 ℃条件下恒温15 min至冷冻液体完全溶化，重复循环此操作5次,冷冻-溶解循环后的磷脂溶液经过11次100 nm的聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到最后浓度为0.10mg/ml和尺寸100 nm的囊泡体系，样品在4 ℃下冷藏条件下保存备用；
c.DOPE/DOTAP混合脂囊泡的制备：将DOTAP储备磷脂溶液与DOPE储备磷脂溶液按比例混合后重复上述步骤便获得了DOPE/DOTAP混合脂的囊泡体系，最后囊泡浓度为0.10mg/ml和尺寸100 nm；
d.囊泡中水通道蛋白的引入:向制备好的DOPE, DOPE/DOTAP两种囊泡体系中引入一定量的AqpZ的水通道蛋白储备溶液，得磷脂蛋白溶液，向混合均匀的磷脂蛋白溶液中加入1% (w/v) 的n-辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷OG，然后将其转移至预处理的渗析袋中渗析，将装有脂蛋白溶液的渗析袋浸泡在PBS2的缓冲溶液中渗析3天，期间每天对缓冲溶液进行更换；渗析完成后，将脂蛋白溶液重新经过11次100 nm聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到含有水通道蛋白的囊泡体系；
g.共价结合的磷脂复合膜的制备:将多巴胺改性的基膜裁剪成合适大小置于反应容器中，准确量取10 ml的EDC储备液于反应器内，浸没基膜活化反应30 min后加入10 ml的S-NHS储备液和0.2mg的含有水通道蛋白的囊泡体系,得到共价结合的含水通道蛋白的磷脂双层膜；
（4）高分子保护层的制备：在磷脂双层膜表面沉积相反电荷的高分子，PAH/PSS/PAH/PSS, PAH/PSS/PEI/PSS等，调节电极电压及电流，调整高分子在膜表面的堆积层数，在磷脂双层膜表面沉积疏松的高分子保护层。
本发明所使用的所述PBS1缓冲溶液的配制方法：准确称量0.9526 g的KH2PO4固体，1.0744 g的Na2HPO4•12H2O固体转入1000 ml大烧杯中，不断搅拌过程中加入约900 ml超纯水使其溶解，用校准液校准后的pH计标定溶液pH；通过逐滴加入0.1 mol/L的HCl和0.1mol/L NaOH溶液调节配置缓冲溶液pH至6.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS1缓冲溶液, 密封保存备用；所述PBS2缓冲溶液的配制方法：准确称量8.7660 g的NaCl固体、0.2177 g的KH2PO4固体和1.9170 g的K2HPO4·3H2O固体转入1000 ml大烧杯中，加入约900 ml超纯水，不断搅拌过程中使其溶解，用校准后的pH计标定溶液pH。通过逐滴加入0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L NaOH溶液调节溶液pH至7.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS2缓冲溶液，密封保存备用。
进一步的，步骤（3）中，所述DOTAP储备磷脂溶液与DOPE储备磷脂溶液的质量比为4：1。
进一步的，步骤（3）中，所述AqpZ：DOPE或DOPE/DOTAP的质量比为1：100。
进一步的，步骤（1）中，所述预处理的无纺布的预处理方法为：将无纺布至于质量分数25%的NaOH浸泡15分钟后，转移至质量分数为50%的乙醇溶液继续浸泡15分钟，然后用去离子水冲洗干净，烘干备用。
进一步的，步骤（3）中，所述储备液的制备方法为：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC储备溶液的配制：准确称量1.2420 g的EDC液体转入50 ml烧杯中，加入5-10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀后转移至50 ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到160 mmol/L的EDC储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用；N-羟基琥珀酰亚胺S-NHS储备溶液的配制：准确称量0.8685 g的S-NHS固体转移至50 ml烧杯中，加入5-10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀溶解后并转移至50 ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到80 mmol/L的S-NHS储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）、(2,3-二油酰基-丙基)-三甲胺 （DOTAP）储备液的配置：在通风橱下分别将100mg的DOPE和DOTAP氯仿溶液全部转移至100 ml容量瓶中，并用分析纯级氯仿溶液定容至刻度，分别得到1 mg/ml的DOPE和DOTAP储备液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用；水通道蛋白（AqpZ）储备溶液的配制：准确移取100 uL 1 mg/ml的AqpZ溶液转入50 ml容量瓶中，加入1% (w/v) 的OG固体，10% (vol.) 的甘油，用配置好的PBS2缓冲溶液定容至刻度，得到2×10-3 mg/ml的AqpZ储备溶液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用。
本发明渗析袋的预处理方法为：将其置于含有2% 1 mmol/L的EDTA (w/v) 和NaHCO3的溶液中煮沸10 min中。去离子水清洗干净后再次放入1 mmol/L的EDTA溶液中煮沸10 min，冷却至室温后将渗析袋溶液一起保存于4 ℃的冰箱中。
进一步的，所述高分子在膜表面的堆积层数为4-10层。
本发明所使用的aTris溶液的配制方法为: 准确称量1.2114 g的Tris固体转入1000 ml大烧杯中，不断搅拌过程中加入约900 ml超纯水使其溶解，用校准后的pH计标定溶液pH。通过逐滴加入0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L NaOH溶液调节溶液pH至8.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol /L的Tris缓冲溶液。PBS1缓冲溶液的配制方法：于1000 ml大烧杯中准确称量0.9526 g的KH2PO4固体，1.0744 g的Na2HPO4•12H2O固体，加入900 ml超纯水使其溶解。调节配置缓冲溶液pH至6.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS1缓冲溶液, 密封保存备用。PBS2缓冲溶液的配制方法：准确称量8.7660 g的NaCl固体、0.2177 g的KH2PO4固体和1.9170 g的K2HPO4·3H2O固体转入1000 ml大烧杯中，加入约900 ml超纯水，不断搅拌过程中使其溶解。调节溶液pH至7.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS2缓冲溶液，密封保存备用。
本发明提出构建“三明治”水通道蛋白磷脂仿生正渗透膜。首先，通过对基膜进行高分子改性，为磷脂双层膜提供软垫层，增强基膜与磷脂双层膜兼容性，提高磷脂双层膜在基膜铺展效率；其次，通过磷脂双层膜分子间相互交联，与基膜形成化学键，提高磷脂双层膜在基膜稳定性；最后，通过高分子对磷脂双层膜进行固定，填补磷脂双层膜表面缺陷，对水通道蛋白进行保护，避免水通道蛋白、磷脂双层膜与原水的直接接触，提高复合膜的长效稳定性。构建“三明治”结构水通道蛋白正渗透膜有利于提高复合膜结构稳定性，发挥水通道蛋白高渗透性能，为其工业化生产奠定基础。
本发明的有益效果为:
（1）本发明制备的正渗透膜具有致密的非多孔性结构，高效截留，且具有较高的机械强度和耐酸碱性，能够达到对单价离子99%以上的去除效果；
（2）本发明制备的正渗透膜磷脂双层膜在基膜表面铺展的稳定性好，渗透膜清洗后水通量恢复率高，抗污染能力强，且能有效缓解浓差极化，运行时间长。
（3）水通道蛋白具有单一的水分子选择透过性，其水分子传输速率超过目前任何一种纳米多孔材料，能保证复合膜水通量的大幅度提高。
附图说明
图1为本发明制备的正渗透膜结构示意图。
图2为高分子保护层的制备所使用的电极装置。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1
（1）基膜的制备：
a.铸膜液：将18 g的聚乳酸（PLA）固体溶于81 g的N,N-二甲基乙酰胺 (DMAC)溶液中，加入6 g的聚乙二醇-400（PEG-400），将配置好的铸膜液置于70 ℃条件下恒温搅拌24 h后，于40 ℃条件下静置脱泡24 h以确保铸膜液均匀分散并将气泡排除，脱泡后的铸膜液放置于室温备用；
b.无纺布预处理：将无纺布至于质量分数25%的NaOH浸泡15分钟后，转移至质量分数为50%的乙醇溶液继续浸泡15分钟，然后用去离子水冲洗干净，烘干备用。
c刮膜：将室温下的铸膜液倾倒于已预处理的无纺布，用刮刀将铸膜液刮制成110μm厚的平板膜，预蒸发30 s后，立即投入凝胶水浴中成膜，使用之前至少浸泡24 h，在此期间对凝胶水浴多次更换去离子水；
（2）软垫层的制备：多巴胺软垫层制备：将刮制好的基膜超滤膜浸于2 g/L的左旋多巴-Tris缓冲溶液中，30 ℃条件下恒温振荡15 h，得到的多巴胺改性膜用无水乙醇和去离子水反复振荡清洗表面附着的残留多巴胺，并置于超纯水中浸泡备用；
（3）含水通道蛋白磷脂双层膜的制备:
a. 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）储备溶液的配制：准确称量1.2420 g的EDC液体转入50 ml烧杯中，加入10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀后转移至50ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到160 mmol/L的EDC储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用；
b.N-羟基琥珀酰亚胺 (S-NHS) 储备溶液的配制：准确称量0.8685 g的S-NHS固体转移至50 ml烧杯中，加入10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀溶解后并转移至50 ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到80 mmol/L的S-NHS储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用；
c. 二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）、(2,3-二油酰基-丙基)-三甲胺 （DOTAP）储备液的配置：在通风橱下分别将100mg的DOPE和DOTAP氯仿溶液全部转移至100 ml容量瓶中，并用分析纯级氯仿溶液定容至刻度，分别得到1 mg/ml的DOPE和DOTAP储备液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用；
d. 水通道蛋白（AqpZ）储备溶液的配制
准确移取100 uL 1 mg/ml的AqpZ溶液转入50 ml容量瓶中，加入1% (w/v) 的OG固体，10% (vol.) 的甘油，用配置好的PBS2缓冲溶液定容至刻度，得到2×10-3 mg/ml的AqpZ储备溶液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用；
e. 渗析袋的预处理：将其置于含有2% 1 mmol/L的EDTA (w/v) 和 NaHCO3的溶液中煮沸10 min中。去离子水清洗干净后再次放入1 mmol/L的EDTA溶液中煮沸10 min，冷却至室温后将渗析袋溶液一起保存于4 ℃的冰箱中；
f.囊泡的制备：将1 mg/ml的DOPE储备溶液取出并放至室温，准确移取8ml DOPE磷脂溶液转入25 ml的圆底烧瓶中，用高纯N2缓慢均匀的吹干烧瓶内的DOPE磷脂溶液，然后将烧瓶真空干燥4 h，向干燥后的附有DOPE磷脂层的烧瓶内加入PBS2缓冲溶液，DOPE样品在超声振荡器中超声10 min，随后在vortex漩涡振荡器上震荡10 min；
g 冷冻-溶解循环：首先将存在磷脂薄层的烧瓶浸入液氮瓶中冷冻15 min，随后在恒温水浴中在45 ℃条件下恒温15 min至冷冻液体完全溶化，重复循环此操作5次,冷冻-溶解循环后的磷脂溶液经过11次100 nm的聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到最后浓度为0.10mg/ml和尺寸100 nm的囊泡体系，样品在4 ℃下冷藏条件下保存备用；
h. DOPE/DOTAP混合脂囊泡的制备：将DOTAP储备磷脂溶液与DOPE储备磷脂溶液按比例混合后重复上述步骤便获得了DOPE/DOTAP混合脂的囊泡体系，最后囊泡浓度为0.10mg/ml和尺寸100 nm左右；
i. 囊泡中水通道蛋白的引入:向制备好的100份DOPE和DOPE/DOTAP两种囊泡体系中引入1份的AqpZ的水通道蛋白储备溶液，得磷脂蛋白溶液，向混合均匀的磷脂蛋白溶液中加入1% (w/v) 的n-辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷（OG），然后将其转移至处理好的渗析袋中渗析，将装有脂蛋白溶液的渗析袋浸泡在PBS2的缓冲溶液中渗析3天，期间每天对缓冲溶液进行更换；渗析完成后，将脂蛋白溶液重新经过11次100 nm聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到含有水通道蛋白的囊泡体系；
j.共价结合的磷脂复合膜的制备:将多巴胺改性的基膜裁剪成合适大小置于反应容器中，准确量取10 ml的EDC储备液于反应器内，浸没基膜活化反应30 min后加入10 ml的S-NHS和0.2mg制备好的囊泡/脂蛋白溶液,得到共价结合的含水通道蛋白的磷脂双层膜；
（4）高分子保护层的制备：在磷脂双层膜表面沉积相反电荷的高分子，PAH/PSS/PAH/PSS, PAH/PSS/PEI/PSS，调节电极电压及电流，调整高分子在膜表面的堆积层数（4-10层），在磷脂双层膜表面沉积疏松的高分子保护层。
效果实施例
（一）将本发明制备的正渗透膜同目前同类产品进行比较，具体结果见表1。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本发明制备的含水通道蛋白磷脂正渗透膜水通量高于其他产品，且反向盐通量较其他产品低10倍左右。制备的膜面积为36cm2，是目前文献中报道面积较大的产品。
（二）正渗透膜的应用实验
本发明制备的正渗透膜水通量：1 mol/L水通量达到30-45 L/m2h；截留率: NaCl截留率达到99%；抗污染性能:清洗后，水通量恢复率超过98%，截留率下降幅度小于1%；使用寿命:3-5年。

Claims (8)

1.一种正渗透膜材料的制备方法，其特征在于，该材料是由4层机构组成，所述4层结构为基膜、多巴胺软垫层、含水通道蛋白的磷脂双分子层和高分子保护层；
具体包括以下步骤：
（1）基膜的制备：
a.铸膜液：将18 g的PS、PLA 或 PAN固体溶于81 g的N,N-二甲基乙酰胺 DMAC溶液中，加入6 g的PEG-400，将配置好的铸膜液置于70 ℃条件下恒温搅拌24 h后，于40 ℃条件下静置脱泡24 h以确保铸膜液均匀分散并将气泡排除，脱泡后的铸膜液放置于室温备用；
b.刮膜：将室温下的铸膜液倾倒于已预处理的无纺布，用刮刀将铸膜液刮制成110 μm厚的平板膜，预蒸发30 s后，立即投入凝胶水浴中成膜，使用之前至少浸泡24 h，在此期间对凝胶水浴多次更换去离子水；
（2）软垫层的制备：多巴胺软垫层制备：将刮制好的基膜超滤膜浸于2 g/L的左旋多巴-Tris缓冲溶液中，30 ℃条件下恒温振荡15 h，得到的多巴胺改性膜用无水乙醇和去离子水反复振荡清洗表面附着的残留多巴胺，并置于超纯水中浸泡备用；
（3）含水通道蛋白磷脂双层膜的制备:
a.囊泡的制备：将1 mg/ml的DOPE储备溶液取出并放至室温，准确移取4-8mL的DOPE磷脂溶液转入25 ml的圆底烧瓶中，用高纯N2缓慢均匀的吹干烧瓶内的DOPE磷脂溶液，然后将烧瓶真空干燥4 h，向干燥后的附有DOPE磷脂层的烧瓶内加入10mL的PBS2缓冲溶液，DOPE样品在超声振荡器中超声10 min，随后在vortex漩涡振荡器上震荡10 min；
b.冷冻-溶解循环：首先将存在磷脂薄层的烧瓶浸入液氮瓶中冷冻15 min，随后在恒温水浴中在45 ℃条件下恒温15 min至冷冻液体完全溶化，重复循环此操作5次,冷冻-溶解循环后的磷脂溶液经过11次100 nm的聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到最后浓度为0.10 mg/ml和尺寸100 nm的囊泡体系，样品在4 ℃下冷藏条件下保存备用；
c.DOPE/DOTAP混合脂囊泡的制备：将DOTAP储备磷脂溶液与DOPE储备磷脂溶液按比例混合后重复上述步骤便获得了DOPE/DOTAP混合脂的囊泡体系，最后囊泡浓度为0.10 mg/ml和尺寸100 nm；
d.囊泡中水通道蛋白的引入:向制备好的DOPE, DOPE/DOTAP两种囊泡体系中引入一定量的AqpZ的水通道蛋白储备溶液，得磷脂蛋白溶液，向混合均匀的磷脂蛋白溶液中加入质量浓度为1%的n-辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷OG，然后将其转移至预处理的渗析袋中渗析，将装有脂蛋白溶液的渗析袋浸泡在PBS2的缓冲溶液中渗析3天，期间每天对缓冲溶液进行更换；渗析完成后，将脂蛋白溶液重新经过11次100 nm聚碳酸酯滤膜的挤压过滤，得到含有水通道蛋白的囊泡体系；
g.共价结合的磷脂复合膜的制备:将多巴胺改性的基膜裁剪成合适大小置于反应容器中，准确量取10 ml的EDC储备液于反应器内，浸没基膜活化反应30 min后加入10 ml的S-NHS储备液和0.2mg的含有水通道蛋白的囊泡体系,得到共价结合的含水通道蛋白的磷脂双层膜；
（4）高分子保护层的制备：在磷脂双层膜表面沉积相反电荷的高分子，先沉积PAH/PSS/PAH/PSS，再沉积PAH/PSS/PEI/PSS，调整高分子在膜表面的堆积层数，在磷脂双层膜表面沉积疏松的高分子保护层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PBS2缓冲溶液的配制方法：准确称量8.7660 g的NaCl固体、0.2177 g的KH2PO4固体和1.9170 g的K2HPO4·3H2O固体转入1000 ml大烧杯中，加入约900 ml超纯水，不断搅拌过程中使其溶解，用校准后的pH计标定溶液pH，通过逐滴加入0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L NaOH溶液调节溶液pH至7.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS2缓冲溶液，密封保存备用。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述DOTAP储备磷脂溶液与DOPE储备磷脂溶液的质量比为4：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述AqpZ：DOPE或DOPE/DOTAP的质量比为1：100。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述预处理的无纺布的预处理方法为：将无纺布置于质量分数25%的NaOH浸泡15分钟后，转移至质量分数为50%的乙醇溶液继续浸泡15分钟，然后用去离子水冲洗干净，烘干备用。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述储备液的制备方法为：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC储备溶液的配制：准确称量1.2420 g的EDC液体转入50 ml烧杯中，加入5-10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀后转移至50 ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到160 mmol/L的EDC储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用；S-NHS储备溶液的配制：准确称量0.8685 g的S-NHS固体转移至50 ml烧杯中，加入5-10mL的PBS1缓冲溶液，混合均匀溶解后并转移至50 ml容量瓶中，洗涤后用PBS1缓冲溶液定容至刻度，得到80 mmol/L的S-NHS储备液，-20 ℃条件下冷冻保存备用；二油酰磷脂酰乙醇胺DOPE、(2,3-二油酰基-丙基)-三甲胺 DOTAP储备液的配置：在通风橱下分别将100mg的DOPE和DOTAP氯仿溶液全部转移至100 ml容量瓶中，并用分析纯级氯仿溶液定容至刻度，分别得到1 mg/ml的DOPE和DOTAP储备液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用；水通道蛋白AqpZ储备溶液的配制：准确移取100 uL 1 mg/ml的AqpZ溶液转入50 ml容量瓶中，加入质量浓度为1%的OG固体，体积浓度为10%的甘油，用配置好的PBS2缓冲溶液定容至刻度，得到2×10-3 mg/ml的AqpZ储备溶液，-20 ℃条件下冷冻避光保存备用。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述PBS1缓冲溶液的配制方法：准确称量0.9526 g的KH2PO4固体，1.0744 g的Na2HPO4•12H2O固体转入1000 ml大烧杯中，不断搅拌过程中加入约900 ml超纯水使其溶解，用校准液校准后的pH计标定溶液pH；通过逐滴加入0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L NaOH溶液调节配置缓冲溶液pH至6.5，将标定完成的溶液转移至1000 ml的容量瓶中定容至刻度，得到10 mmol/L的PBS1缓冲溶液, 密封保存备用。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子在膜表面的堆积层数为4-10层。
CN202010412024.3A 2020-05-15 2020-05-15 一种正渗透膜材料的制备方法 Active CN112058097B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010412024.3A CN112058097B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种正渗透膜材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010412024.3A CN112058097B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种正渗透膜材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112058097A CN112058097A (zh) 2020-12-11
CN112058097B true CN112058097B (zh) 2021-09-14

Family

ID=73656433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010412024.3A Active CN112058097B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种正渗透膜材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112058097B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014075086A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Nagare Membranes, Llc Methods for reducing ion exchange and reverse salt flux phenomena in membranes for osmotically driven membrane processes
CN107001029A (zh) * 2014-10-31 2017-08-01 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 基于结构化基底具有带纳米范围内细孔的三维膜结构的结构元件和制造其的半导体技术方法
CN110563087A (zh) * 2019-07-29 2019-12-13 长春理工大学 一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104906962B (zh) * 2005-05-20 2017-11-10 博通分离膜技术（北京）有限公司 用于过滤水的膜
ATE457823T1 (de) * 2005-05-20 2010-03-15 Aquaporin Aps Membran zum filtrieren von wasser
EP2243746B1 (en) * 2009-04-22 2015-04-01 Lg Electronics Inc. Water purifying filter and method for fabricating the same
CN101966433B (zh) * 2010-09-19 2012-09-26 大连先路科技发展有限公司 一种超滤膜的亲水改性方法
US20130213880A1 (en) * 2010-10-26 2013-08-22 Toray Industries, Inc. Separation membrane, separation membrane element and separation membrane production method
CN103463997B (zh) * 2013-09-30 2015-05-20 中国海洋大学 一种含水通道蛋白的复合膜的制备方法
CN103721572B (zh) * 2014-01-10 2015-09-30 中国海洋大学 一种含水通道蛋白的磷脂仿生膜的制备方法
CN105013334A (zh) * 2014-11-01 2015-11-04 中国海洋大学 含水通道蛋白的双皮层正渗透膜制备方法
WO2017030502A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-23 Nanyang Technological University A biomimetic membrane
CN105498559B (zh) * 2015-12-29 2018-10-16 中国科学院烟台海岸带研究所 基于功能蛋白的复合膜
KR20190079670A (ko) * 2016-11-11 2019-07-05 아쿠아포린 에이에스 기능성 분자를 갖는 자기조립 중합체 소포 구조물
CN106512728A (zh) * 2016-12-12 2017-03-22 苏州富艾姆工业设备有限公司 一种抗污染的超薄纳滤膜的制备方法
CN108392992A (zh) * 2017-02-07 2018-08-14 天津碧水源膜材料有限公司 一种制备反渗透膜的方法
CN108325400B (zh) * 2018-02-09 2020-06-05 陕西省膜分离技术研究院有限公司 一种层层自组装中空纤维正渗透膜的制备方法
CN108358278B (zh) * 2018-02-09 2020-11-13 陕西省膜分离技术研究院有限公司 一种利用中空纤维正渗透膜进行盐湖卤水提锂的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014075086A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Nagare Membranes, Llc Methods for reducing ion exchange and reverse salt flux phenomena in membranes for osmotically driven membrane processes
CN107001029A (zh) * 2014-10-31 2017-08-01 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 基于结构化基底具有带纳米范围内细孔的三维膜结构的结构元件和制造其的半导体技术方法
CN110563087A (zh) * 2019-07-29 2019-12-13 长春理工大学 一种基于层层自组装法制备的正渗透应急饮用水袋的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112058097A (zh) 2020-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Recent advances in forward osmosis (FO) membrane: Chemical modifications on membranes for FO processes
Wang et al. Membranes and processes for forward osmosis-based desalination: Recent advances and future prospects
Li et al. Fabrication of a robust high-performance FO membrane by optimizing substrate structure and incorporating aquaporin into selective layer
Saren et al. Synthesis and characterization of novel forward osmosis membranes based on layer-by-layer assembly
Wei et al. Synthesis and characterization of flat-sheet thin film composite forward osmosis membranes
US20130105383A1 (en) Nanofiltration-type thin film composite forward osmosis membrane and a method of synthesizing the same
CN105498559B (zh) 基于功能蛋白的复合膜
KR101733264B1 (ko) 염제거율 및 투과유량 특성이 우수한 폴리아미드계 수처리 분리막 및 그 제조 방법
Li et al. Fabrication of high performance pervaporation desalination composite membranes by optimizing the support layer structures
CN102580562B (zh) 一种聚偏氟乙烯复合醋酸纤维素正渗透膜的制备方法
US20220193619A1 (en) Method for producing permselective membrane
CN105327627B (zh) 一种聚砜‑嵌段磺化聚芳香醚共混/聚酰胺复合正渗透膜的制备方法
CN110841487B (zh) 一种海水淡化膜的制备方法
KR20100116344A (ko) 정수 필터 및 그의 제조 방법
US20140319049A1 (en) Method of forming forward osmosis membranes and the forward osmosis membranes thus formed
KR101448017B1 (ko) 정삼투막 및 이의 제조방법
Tang et al. Ultrafiltration membranes with ultrafast water transport tuned via different substrates
Han et al. Thin and defect-free ZIF-8 layer assisted enhancement of the monovalent perm-selectivity for cation exchange membrane
CN113731190B (zh) 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法
CN114984765A (zh) 多巴胺改性埃洛石纳米管/聚酰胺正渗透膜及制备和应用
KR101517653B1 (ko) 크산텐계 화합물을 포함하는 고투과 유량 역삼투 분리막 및 이를 제조하는 방법
CN112058097B (zh) 一种正渗透膜材料的制备方法
CN115055061B (zh) 一种具有高渗透选择性的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法
CN109110878B (zh) 一种提高复合正渗透膜水通量的方法
Zhang et al. One-step dynamic assembly of polyelectrolyte complex membranes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant