[发明专利]一种高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜

说明书

技术领域

本发明属于高分子分离膜改性技术领域，具体涉及一种高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜及其制备方法与应用。

背景技术

聚偏氟乙烯（PVDF）膜由于具有优良的化学稳定性、热稳定性及突出的机械性能，使其作为一种典型的超滤膜材料被广泛应用于各种水处理领域，如生活污水处理、工业废水处理等。然而，PVDF是一种疏水性材料，这使PVDF膜在水处理时容易受到蛋白质等有机物质的污染，而使膜的使用寿命大大缩短，同时也降低了膜的选择性能。研究表明，提高膜的亲水性是有效抑制膜蛋白质污染。目前，PVDF膜亲水性的改善方案主要是共混改性。

氧化石墨烯（GO）是石墨粉末经化学剥离后的产物，其具有单一的原子层，且其表面具有较多的羟基、羧基以及环氧官能团，方便进一步功能化，使其在水处理方面有巨大的应用前景；同时，GO本身还具有较好的化学稳定性、亲水性、抗污染性能、生物相容性以及机械性能，是具有很大应用潜能的功能化材料。

赖氨酸（lysine）是一种生物材料，其结构中含有羧基和氨基等亲水性官能团，目前在很多领域获得广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GO-lysine改性的高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜及其制备方法与应用。其以GO-lysine为添加剂改性PVDF原膜，使所得PVDF/GO-lysine复合膜的亲水性能和抗污染性能均得到很大提高，可用于海水处理、苦咸水淡化、水过滤净化等，可有效提高水质，并解决传统PVDF膜易被疏水性物质污染的问题，进一步扩大了PVDF膜的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜，其是以GO-lysine为添加剂对PVDF膜进行改性，制得具有高性能亲水性的PVDF/GO-lysine复合膜。

其制备方法包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯GO粉末加入到去离子水中，200W超声处理2h，然后加入赖氨酸lysine以及脱水试剂DCC（N,N’-二环己基碳二亚胺），60-70℃下磁力搅拌24h；反应结束后，将产物经透析处理、冻干，得到GO-lysine复合物；

2）将GO-lysine复合物、PVDF和成孔剂PVP（聚乙烯吡咯烷酮）加入到NMP（N-甲基吡咯烷酮）中，50-70℃下搅拌24h，得到均一的铸膜液；

3）将铸膜液经冷却、脱泡处理后，用刮刀在玻璃平板上刮膜，然后将其于40~60℃的去离子水凝固浴中放置15min，再将复合膜从凝固浴中取出，用去离子水清洗48h，自然晾干即得PVDF/GO-lysine复合膜。

步骤1）中每50mL去离子水中加入氧化石墨烯GO粉末0.2-0.5g，赖氨酸lysine0.7-1.5g，DCC0.03-0.08g。

步骤2）中按原料重量百分数之和为100%计，各原料的配比为：PVDF11-17%、GO-lysine复合物2-8%、PVP6%、NMP75%。

所述高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜可用于水处理领域中的海水处理、苦咸水淡化和水过滤净化等。

传统PVDF膜的疏水性不利于其在水相分离体系中的应用，这主要是由于：其疏水性能使得操作中需要很高的压力才能使水通过PVDF膜，纯水通量低；同时有机污染物容易吸附到PVDF膜的表面及孔内，使膜孔堵塞，造成膜污染，进而导致膜通量下降和使用寿命的缩短。

GO-lysine改性的PVDF/GO-lysine复合膜其亲水性能和抗污染性能均得到很大改善，从而使其在水污染处理和过滤等方面有更好的应用性能，同时能有效降低蛋白质在膜表面的富集和吸附，使其抗污染性能增强。

因此，与现有技术相比，本发明制得的高性能亲水性PVDF/GO-lysine复合膜，一方面保留了GO力学性能好、耐腐蚀、对热稳定性较好等优点，同时，由于lysine的加入，提高了GO在水或有机溶剂中的分散稳定性；另一方面，由于GO-lysine具有较多的亲水官能团，在复合膜制备的过程中可迁移到膜的表面，使得复合膜的亲水性能和抗污染性能得到很大的提高，且重复利用性能较高。

附图说明

图1为不同比例GO-lysine改性得到的PVDF/GO-lysine复合膜的接触角大小随时间的变化情况；

图2为不同比例GO-lysine改性得到的PVDF/GO-lysine复合膜对BSA的静态吸附情况；