一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球製備方法
2023-10-21 02:29:17
專利名稱：一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球製備方法
技術領域：
本發明屬於環境汙染控制工程技術領域，涉及到一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇 納米微球製備方法。
背景技術：
隨著社會經濟的發展和人口的增長，水資源短缺已經成為一個全球化的問題，而 我國的缺水形勢更是嚴峻。由於水汙染的日益嚴重，水環境正發生著「質」的變化，給人類 的生產和生活帶來了許多不利的影響。地球上每年排放汙水約5000億噸，其中90%未得到 處理。發展中國家的水汙染最為嚴重。近年來，多種新型、高效的汙水處理技術應運而生，其中膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)是將膜技術應用於汙水處理的一項新興技術，MBR可在緊湊的空間內同 時實現微生物對汙染物質的降解和濾膜對汙染物質的分離，而降解與分離之間又存在著協 同作用，是一種高效、實用的汙水處理工藝。但是，膜組件價格昂貴、運行能耗較高以及膜汙 染造成通量衰減較快，影響MBR工藝的進一步推廣應用。膜汙染問題成為MBR工藝的「瓶 頸」，延緩膜汙染成為目前MBR工藝急需解決的關鍵問題之一。通過對濾膜進行親水化改性 可以有效改善膜通量衰減較快的現象，是解決膜汙染問題的重要手段。聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)具有高度親水性、良好的耐汙染性被廣泛應 用於膜的親水化改性中。大量研究及實踐表明，具有聚乙烯醇表面層的反滲透膜有好的抗 汙染能力，在酸性和鹼性環境下有好的穩定性和顯著的抗磨損能力。另外，聚合物微球因其 獨特的尺寸及性質引起了國內外的廣泛關注，其研究與應用發展迅速。聚合物微球是指直 徑在納米至微米級，形狀為球形或其他幾何體的高分子材料或高分子複合材料，目前主要 應用於醫藥、生物化學和分析化學等領域。趙大慶等人製備單分散性好的聚乙烯醇微球用 於靜脈注射靶向給藥，Watabe等人製備聚合物微球用作液相色譜填料。崔霞等人採用乳液 聚合法製備了粒徑範圍在微米範圍內的聚乙烯醇微球，以正庚烷作為油相，PVA水溶液作為 水相，微球粒徑範圍在0. 5 2. 3um。因為微球的粒徑較大，所以將其附著在基膜上時，在水 流的衝刷下微球很容易脫落下來。基於聚合物納米微球及聚乙烯醇的優點，提出製備一種親水性、抗生物汙染的交 聯聚乙烯醇納米球。發明所製備出來的納米微球適用於作為汙水處理工藝膜生物反應器中 膜組件的預塗劑，可以顯著提高膜組件的抗汙染性能，降低膜生物反應器的運行成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球的製備方法。解決目前廣泛存在的膜組件汙染嚴重、膜組件價格較高等問題，納米微球作為汙水處理工藝膜 生物反應器中膜組件的預塗劑，可以改善膜汙染狀況。本發明的技術方案分為三部分一是實驗的準備階段，二是微乳液的製備，三是交 聯微球的製備。
一 .實驗的準備階段首先將固體聚乙烯醇溶於水製備出質量分數為2. 5% (w/v)的PVA水溶液，然後用濃HCl將其pH值調到1 2。將PVA水溶液作為反向微乳液的內水相，液體石蠟作為油 相，將不同復配比的司盤80和0P-10作為復配乳化劑。用乙醚萃取戊二醛溶液，製備出戊 二醛濃度為48. 448g/L的交聯劑。二.微乳液的製備在製備過程中，先將不同質量的復配乳化劑溶於液體石蠟中，然後在室溫下用微 量進樣器將PVA水相注入液體石蠟和乳化劑中，在中速攪拌(150rpm)下形成透明、均質的 反向微乳液。三.交聯微球的製備根據理論交聯度的不同，向微乳液中逐滴滴加不同量的交聯劑戊二醛/乙醚溶 液，然後將微乳液置於50°C的磁力攪拌水浴鍋內進行交聯反應3個小時。反應完成後，用 乙醇先將微乳液進行脫穩、離心分離，再分別用異丙醇、無水乙醇和水進行洗滌，最後放入 65°C的真空箱中進行乾燥，製備出不同粒徑、不同交聯度的微球。本發明的效果和益處是非常方便地製備出了形態好、粒徑小的交聯納米微球，制 備過程簡單易行，操作性強，適用於作為汙水處理工藝膜生物反應器中膜組件的預塗劑，可 以顯著提高膜組件的抗汙染性能，降低膜生物反應器的運行成本。通過改變外油相中乳化 劑的含量和交聯劑的用量來製備不同粒徑和不同交聯度的微球。
具體實施例方式以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施方式
。本發明採用反向微乳液聚合法(W/0)製備聚乙烯醇納米微球。內水相採用質量分 數為2. 5%的PVA水溶液(pH值 1)，油相採用液體石蠟，乳化劑採用司盤80與0P-10復 配乳化劑，復配乳化劑與液體石蠟構成外油相。室溫下製備時，將PVA水溶液投加到外油相 中，中速攪拌後形成透明、均質的油包水型微乳液。然後根據理論交聯度的不同，將不同量 的戊二醛/乙醚交聯劑(戊二醛濃度為48. 448g/L)逐滴加入到微乳液中，最後將微乳液放 置到50°C的磁力攪拌水浴鍋內交聯反應3個小時。交聯反應完成後，用無水乙醇將微乳液 進行脫穩，離心分離，再用異丙醇、無水乙醇和水進行洗滌，最後在65°C的真空箱中進行幹 燥，得到分散性良好、形狀規則的聚乙烯醇納米微球。所說的外油相為液體石蠟與復配乳化劑的混合物，復配乳化劑的復配比分別為 6 4和7 3，含量佔外油相的10 20%。聚乙烯醇與戊二醛發生交聯反應時，理論交聯 度為50 100%。實施例1乳化劑司盤80濃度為14%，0P-10濃度為6%，內水相為5mL質量分數為2. 5% (w/v)的聚乙烯醇水溶液，製備時將內水相置於攪拌容器中在中速攪拌(150rpm)下乳化於 IOOg外油相體系中，形成透明、均質的微乳液。理論交聯度為80%條件下向微乳液中滴加 1. 174mL的戊二醛/乙醚溶液，然後將微乳液置於50°C的磁力攪拌水浴鍋內進行交聯反應3 個小時。反應完成後，乙醇脫穩、離心分離，再用異丙醇、無水乙醇和水進行洗滌，真空乾燥， 製備出平均粒徑為490nm的球形微球。
實施例2
乳化劑司盤80濃度為12%，0P-10濃度為8%，內水相為5mL質量分數為2. 5% (w/v)的聚乙烯醇水溶液，製備時將內水相置於攪拌容器中在中速攪拌(150rpm)下乳化於 IOOg外油相體系中，形成透明、均質的微乳液。理論交聯度為70%條件下向微乳液中滴加 1. 027mL的戊二醛/乙醚溶液，然後將微乳液置於50°C的磁力攪拌水浴鍋內進行交聯反應3 個小時。反應完成後，乙醇脫穩、離心分離，再用異丙醇、無水乙醇和水進行洗滌，真空乾燥， 製備出平均粒徑為228nm的球形微球。
權利要求
一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球製備方法，其特徵為首先將固體聚乙烯醇溶於水內製備質量分數為2.5％的PVA水溶液，用濃HCl將其pH值調到1～2，作為反向微乳液的內水相，液體石蠟作為油相，將司盤80和OP-10進行復配作為乳化劑，復配乳化劑與液體石蠟構成外油相；在製備過程中，將復配乳化劑溶於液體石蠟中，在室溫下將水相溶於外油相中，形成反向微乳液；根據理論交聯度的不同，向微乳液中滴加交聯劑戊二醛/乙醚溶液，然後將微乳液置於50℃的磁力攪拌水浴鍋內進行交聯反應3個小時，反應完成後，乙醇脫穩、離心分離，再用異丙醇、無水乙醇和水進行洗滌，真空乾燥，製備出不同粒徑、不同交聯度的微球。
2.根據權利要求1所述的一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球製備方法，其特徵 在於復配乳化劑司盤80和0P-10的復配比分別為6 4和7 3，外油相中復配乳化劑 的質量濃度為10 20%。
3.根據權利要求1所述的一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球製備方法，其特徵 在於聚乙烯醇與戊二醛發生交聯反應時，理論交聯度為50 100%。
全文摘要
一種親水抗生物汙染的聚乙烯醇納米微球的製備方法，屬於環境汙染控制工程技術領域。其特徵是採用反向微乳液聚合法，再利用縮醛反應對納米微球進行交聯。內水相為聚乙烯醇水溶液，油相為液體石蠟，乳化劑為司盤80與OP-10的復配。製備過程中先將水相投加到外油相中，形成透明均質的微乳液，然後向其投加交聯劑，最後將其置於50℃的水浴鍋內反應3小時。反應完成後，乙醇脫穩、離心，再用異丙醇、無水乙醇和水洗滌，真空乾燥。本發明的效果和益處是通過改變微乳液中乳化劑含量和理論交聯度製備出不同的粒徑的納米微球，以滿足不同的需求。微球表面具有大量的羥基，因此具有較高的親水性和電負性，應用在環境領域時，抗生物汙染的能力很強。
文檔編號C02F3/00GK101798138SQ20101012366
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月10日 優先權日2010年3月10日
發明者崔霞, 張捍民, 李宏豔, 段金莉 申請人:大連理工大學