[發明專利]一種利用明膠蛋白與氫氧化物納米線改性中空纖維超濾膜的方法

有效

• 申請號: 201410182476.1
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103977709A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 鄭檢生;徐劍光
• 申請（專利權）人: 寧波歐琳廚具有限公司
• 主分類號: B01D61/18
• 分類號: B01D61/18;B01D69/08;B01D67/00;C02F1/44
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙) 33228
• 代理人: 代忠炯

技術領域

本發明涉及一種壓力驅動的具有改性層的復合中空纖維膜的制備方法及分離性能，主要用于水溶液中的納米顆粒及大分子分離；具體為一種利用明膠蛋白與氫氧化物納米線改性中空纖維超濾膜的方法。

技術背景

隨著現代化工業的迅速發展，水源污染程度也迅速加劇，再加上自來水在輸送過程中各種因素的干擾，如今的飲用水越來越令人擔憂。飲水健康水越來越難，家用凈水器能更好的解決這些問題。凈水器中的核心部件是膜分離系統。目前有兩種，一種是超濾膜，但是其超濾膜不能有效去除自來水中有毒有害小分子及重金屬離子等，所以需要濾前及濾后都要加入大量的活性炭來吸附。另外一種是為了獲得安全的飲用水，反滲透(RO)膜技術就用上了。但是RO技術中由于增壓泵的引入，極大地增加了成本。與此同時，RO技術還將人體所需要的微量元素也全部濾掉了，這需要后續再加入昂貴的微量元素緩釋棒(專利技術被國外壟斷)；過程復雜，又由于膜材料本身的疏水特性，易被有機物污染而生物失效，利用周期短造成價格昂貴。

發明內容

本發明針對現有技術的上述不足，提供一種不需要活性炭吸附，并能有效去除自來水中有毒有害小分子及重金屬離子等，且生產成本低，不需要增壓泵和微量元素緩釋棒從而降低生產成本的利用明膠蛋白與氫氧化物納米線改性中空纖維超濾膜的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種利用明膠蛋白與氫氧化物納米線改性中空纖維超濾膜的方法，該方法制備步驟包括：

(1)室溫下，將相同體積的2-8mM(mmol/L)的(Cu(NO₃)₂)(硝酸銅)或(Zn(NO₃)₂(硝酸鋅)水溶液與1.4-2.4mM的乙醇胺(NH₂CH₂CH₂OH，2-羥基乙胺)水溶液攪拌混合均勻，然后放置0.5-72h，生成Cu(OH)₂或Zn(OH)₂的納米線水溶液；

(2)將重量百分比為0.2-5％的明膠蛋白水溶液加入到步驟(1)所得的納米線水溶液中，使得最終的明膠蛋白重量百分比濃度為0.004-0.1％；

(3)將中空纖維超濾膜(纖維膜是市售產品，任意的中空纖維超濾膜，包括陶瓷的、其他高分子制備的中空纖維超濾膜，如聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維超濾膜等均可)，浸入步驟(2)所得的混合液中，并通過真空抽濾的方法，抽濾1-1.5個小時，在中空纖維超濾膜的表面形成一層明膠蛋白/氫氧化物納米線復合層；

(4)將步驟(3)制得得帶有明膠蛋白/氫氧化物納米線復合層的中空纖維超濾膜浸泡到質量百分比濃度為0.5-5％(在該濃度范圍，可以在較短時間內獲得較高膠聯度且分離性能很好的膜，濃度高了分離性能會變差，濃度低了則需要很長的膠聯時間)的戊二醛溶液(戊二醛水溶液)里，膠聯2-3小時后得到明膠蛋白與氫氧化物納米線改性中空纖維超濾膜。

作為優選，步驟(1)中所述的硝酸銅或硝酸鋅水溶液的濃度為4mM；步驟(2)中所述的明膠蛋白水溶液的重量百分比為1％，最終的明膠蛋白濃度為0.02％重量百分比。

作為優選，步驟(4)戊二醛溶液的質量百分比濃度為2.5％。

上述步驟(1)所述的相同體積是指：(Cu(NO₃)₂)(硝酸銅)或(Zn(NO₃)₂(硝酸鋅)水溶液與乙醇胺水溶液體積相同。

本發明的優點和有益效果：

1.本發明利用明膠蛋白及氫氧化物納米線改性提高膜表面的親水性，將降低有機微生物的附著，提高使用壽命；利用蛋白質的官能團特性，可以實現對水里的重金屬離子如鎘、鉛、汞等的吸附，并將超濾膜的孔徑從200納米降到3納米左右，可分離納米顆粒及3納米左右的小分子。由于蛋白質本身的親水性、生物相容性、無毒性等，非常適用于人們最為關注的飲用水凈水器膜分離系統。

2.本發明的方法制備的明膠蛋白及氫氧化物納米線改性膜，能有效去除自來水中有毒有害小分子及重金屬離子等，對3納米左右的細胞色素的截流率可以達到60％，而對12納米的鐵紅蛋白截流率為97％；不需要濾前及濾后再加入大量的活性炭來吸附。也不會像反滲透(RO)膜技術要增壓泵的引入，極大地降低了成本。與此同時，還有效保留了人體所需要的微量元素，后續也不再需要加入昂貴的微量元素緩釋棒；過程簡單，由于膜材料蛋白質的引入增加了親水特性，不易被有機物污染而導致生物失效，使用時間長，過濾效果好。