[发明专利]一种基于雷索烃的大环纳米交联膜及其制备方法及应用

说明书

一种基于雷索烃的大环纳米交联膜及其制备方法及应用，以MC4RA和TC为原料，在商业水系膜或有机膜表面采用界面交联法制备大环纳米交联膜pTC‑MC4RA，随后，将pTC‑MC4RA膜作为基本骨架，在雷索烃的水溶液中掺杂少量能够产生单线态氧的HPC，通过MC4RA、HPC和TC之间的界面交联反应，制备出了与pTC‑MC4RA结构基本不变的pTC‑HPC‑MC4RA膜，细菌杀伤实验证明这种三组分交联膜不仅能够过滤细菌，而且可以在光照下原位杀死细菌，这对彻底去除饮用水中的细菌具有重要意义。本发明的优点是：制备方法简单、易于实施且雷索烃和金丝桃素的用量少成本低，使其在膜过滤领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及到纳米交联膜的制备技术，特别是一种基于大环主体雷索烃的纳米交联膜的制备表征及其在过滤染料和除菌中的应用。

背景技术

水处理与我们的生活息息相关，比如工业废水中的染料会对环境造成很大的污染，饮用水中的细菌则会对人体造成伤害，因此，为了环境保护和人体健康，除去污水中的染料和饮用水中的细菌显得尤为重要。传统的能源密集型分离技术在工业生产过程中往往会给经济和环境带来沉重的负担，而高性能的膜分离技术具有工艺简单、能耗低、无二次污染等优点，成为了一种非常重要的水处理技术。但是若要同时提高膜分离过程中的渗透性和选择性，并且权衡好两者之间的关系，仍然是一个巨大的挑战。超分子大环由于具备以下几方面的优势，因此，使用大环交联成膜可以平衡膜的渗透性和选择性之间的矛盾：(1)大环具有固定的空腔尺寸，可以集中膜的孔径分布；(2)不同的大环具有不同的空腔尺寸，可以实现对膜自由体积大小和形状的控制；(3)大环的空腔可以通过非共价相互作用键合一些分子，从而达到分离的目地；(4)通过在大环上修饰一些功能基，从而在膜材料上引入额外的键合位点，来截留分子进行过滤。所以，研究者们通过使用不同的大环作为主要的交联成分制备了一系列的超分子大环交联膜。其中，雷索烃作为大环交联单元具有以下一些特点：(1)雷索烃具有八个高活性的羟基，不仅能够键合染料分子，还能够高效地与酰氯进行酯化交联；(2)雷索烃的孔洞结构和多重构象使其具有多孔性，这是制备超薄纳米膜的关键。因此雷索烃和对苯二甲酰氯通过界面交联反应制备的大环纳米交联膜在过滤污水中的染料以及除去饮用水中的细菌方面具有重要的应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种基于雷索烃的大环纳米交联膜的制备方法和表征应用，并研究了该膜在过滤污水中的染料以及除去饮用水中的细菌方面的重要应用。该体系以C-甲基杯[4]间苯二酚(俗称雷索烃，MC4RA)和对苯二甲酰氯(TC)为原料，采用界面交联法制备了具有超薄、致密、无孔隙结构的大环纳米交联膜(pTC-MC4RA)，该膜不仅对不同的溶剂具有高的渗透性，而且能选择性地分离水中的有机阳离子染料。另外，通过掺杂金丝桃素(HPC)的策略，我们制备了与pTC-MC4RA膜结构相似的pTC-HPC-MC4R膜，该三元共聚交联膜能够原位过滤和降解饮用水中的大肠杆菌，这对除去并杀死饮用水中的细菌具有重要意义。

本发明的技术方案：

一种基于雷索烃的大环纳米交联膜，以雷索烃、金丝桃素和对苯二甲酰氯为原料，在商业水系膜或尼龙膜表面采用界面交联法制备了大环纳米交联二元膜pTC-MC4RA和三元膜pTC-HPC-MC4RA，其构筑单元的化学结构式如下：

所得纳米交联二元膜pTC-MC4RA的结构式为：

所得纳米交联三元膜pTC-HPC-MC4RA的结构式为：