两性离子L-Cysteins功能化PMMA和PVDF膜的制备及性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tdwh14226
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膜分离技术作为一种先进的分离技术,广泛应用于各个行业。其中,超滤(UF)技术作为一种安全,清洁,经济且有效的分离技术,在血液透析和水资源处理等领域得到了广泛的应用。在血液透析领域,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为一种典型的生物材料被广泛应用。然而,PMMA膜表面的接触位点较少,在透析过程中容易引起蛋白质的特异性吸附,导致生物相容性较差,与血液接触过程中易形成血栓。因此,如何提高PMMA膜材料的血液相容性和膜的抗蛋白污染能力尤为重要。与其类似,在水资源领域,随着日益严峻且棘手的水资源污染和短缺问题,寻找高效且低成本的替代膜迫在眉睫,需要寻找具有优异亲水性、抗污能力强且通量恢复率高的改性膜。PVDF因其具有良好的化学稳定性、优异的机械性能和热稳定性,被广泛应用在膜材料领域。但由于PVDF膜材料本身较强的疏水性,在使用过程中容易受到膜污染。因此,制备出具有优异亲水性和抗污染能力的PVDF膜极为重要。本文结合聚多巴胺仿生粘附技术、相转化法、共混法、表面修饰法等方法,通过不同的制备方法成功制备了具有不同功能的PMMA血液透析膜和PVDF亲水超滤膜。具体研究内容如下:(1)通过常规的NIPS法制备了厚度均一的PMMA平板膜。利用多巴胺在碱性环境下在PMMA膜表面上自组装一层具有高度亲水性的聚多巴胺(PDA)涂层。最后利用两性离子半胱氨酸与聚多巴胺发生迈克尔加成反应,在PMMA/PDA膜表面共价接枝具有亲水性的两性离子。制备了具有两性离子刷的PMMM/PDA-Cys改性膜。(2)PVDF超滤膜:利用PDA具有高度的仿生粘附性,同时利用迈克尔加成反应,将两性离子半胱氨酸牢固的铆钉在具有中空结构的一维纳米材料HNTs上,制备出一种新型的具有亲水性的复合纳米添加剂Cys-HNTs@PDA。随后将纳米添加剂加入到PVDF膜中制备出新型的Cys-HNTs@PDA/PVDF改性膜,表征了两种改性膜的形貌、结构、亲水性。通过静态抗蛋白吸附实验和抗污染实验对膜材料的抗污染性能进行了研究。并对Cys-HNTs@PDA/PVDF进行了BSA吸附实验和三循环抗污染实验。结果表明,在PMMA膜实验中,在相同的PDA涂敷时间下,PMMA@PDA-Cys4膜具有更好的水通量、亲水性,生物相容性以及膜抗污染能力,并且对中分子毒素去除有了提高。在PVDF超滤实验中,当Cys-HNTs@PDA添加剂含量为1%时,Cys1.0-HNTs@PDA/PVDF改性膜的综合效果最好,其中水通量比PVDF基膜提高了两倍,从原来的128.22 L×m-2h-1提升到了251.31 L×m-2h-1,且通量恢复率由原来的50.81%提高到了81.53%。因此,添加具有两性离子半胱氨酸的改性HNTs纳米管,能够显著提高PVDF膜材料的亲水性,改性后的PVDF膜具有较高的水通量,同时对BSA大分子蛋白的表面吸附也起到了优异的阻隔效果。综上所述,本文所制备的PMMA/PDA-Cys和Cys-HNTs@PDA/PVDF膜,分别展现出良好的生物相容性、亲水性和优异的抗污性。并为进一步研究两性离子改性膜材料提供了应用基础。
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