一种采用D-氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体及其制备方法技术

膜生物污染一直制约着膜分离技术的广泛应用，但是现有的膜生物污染控制手段存在控制周期短、难以长久控制的问题。为此，本发明专利技术开发了一种采用D

A practical intelligent carrier using D-amino acid for long-term control of membrane biological pollution and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体及其制备方法


[0001]本专利技术属于环境功能材料和水处理新
，涉及一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜分离技术，因其快速、高效、易操作以及占地面积少等优势，在污水处理领域发挥着重要的作用。但是，在膜分离过程中，水体中的微生物容易在膜表面附着生长形成生物膜，引起膜生物污染，导致膜通量下降或跨膜压差急剧上升。膜生物污染，被认为是制约膜分离技术广泛应用的主要障碍。
[0003]针对膜生物污染问题，多种处理方法如水动力学参数调控、进水预处理、膜清洗等被开发使用。其中，曝气方法可以增加膜附近的湍流来阻碍微生物靠近膜表面；进水预处理则能控制膜表面调理层的形成削弱细菌的结合能力；而在膜系统中添加颗粒材料能对已经形成的块状生物膜进行有效擦洗。但是，以上单一的物理控制手段只能在一定程度上延长膜抗污染的时间，随着系统的长期运行与微生物对环境的适应，膜生物污染仍然会发生，长效的膜生物污染控制难以实现。近年来，先进的分子生物学技术为长效控制膜生物污染提供了新的思路。研究发现，微生物通过产生淀粉样蛋白纤维以及分泌EPS将细胞固定集群，而D
‑
氨基酸能够取代细菌细胞壁肽聚糖上的D
‑
丙氨酸，使淀粉样蛋白纤维从细胞壁脱离或者抑制EPS的产生，进而达到抑制细菌生物膜形成或者促进已经形成的生物膜松散解体的作用。基于此，本专利技术人通过在膜生物反应器中加入D
‑
氨基酸，有效控制了微生物在膜上的粘附(专利技术名称：一种MBR膜生物污染的综合控制方法；申请号：201310208279.8)。但是，专利技术人在进一步的研究中发现，这种直接将D
‑
氨基酸投加到膜系统的方式，D
‑
氨基酸的利用率较低，部分D
‑
氨基酸分子难以有效作用到膜表面，而不断的投加D
‑
氨基酸则会造成系统运行成本的显著增加。为了解决这一问题，本专利技术人基于药物缓释的概念提出了一种可持续缓释D
‑
氨基酸的新思路(专利技术名称：一种新型生物膜抑制分子的可持续缓释方法；专利申请号：201910155076.4，申请日：2019年2月28号)。通过埃洛石纳米管负载D
‑
氨基酸，然后在负载了D
‑
氨基酸的埃洛石表面层层组装具有pH响应特性的阳离子型和阴离子型弱聚电解质材料，制备了具有pH响应特性的埃洛石复合载体材料。该埃洛石纳米复合材料不仅能够缓释D
‑
氨基酸，提高D
‑
氨基酸的利用率，还能在D
‑
氨基酸释放完后调控溶液pH使响应材料产生构象上的溶胀与收缩，实现对D
‑
氨基酸再负载，进而具备了可持续缓释D
‑
氨基酸的功能。该专利技术为采用D
‑
氨基酸实现膜生物污染的长效控制提供了重要的研究基础和可行性验证。为了推进基于pH响应材料和负载D
‑
氨基酸的埃洛石的载体材料的实用化，本专利技术人提出了一种全新的设计和制备思路来解决层层组装方法制备的具有pH响应特性的埃洛石复合载体材料在实用过程中存在的稳定差、易于解体，以及微纳尺寸导致的难回收问题。
[0004]半互穿网络聚合物是由一种未交联的线性聚合物穿插于另一种已交联的聚合物中所形成的网状聚合物。通过将具有pH响应特性的材料与线性聚合物构筑成半互穿网络聚
合物，既能赋予该材料pH响应的性能，又能保持材料结构的长期稳定性。而电纺技术是近年来发展的一种新型载体材料制备技术，能够灵活地在电纺过程中利用有机聚合物包裹无机纳米管构筑具有微纳结构的复合纤维，实现对药物高效缓控释。重要地，基于纤维的自编织能力，通过调控电纺参数(接收装置、电纺时间)，电纺纤维还能进一步构筑成大尺寸、易回收的电纺产物。基于此，本专利技术人通过将负载D
‑
氨基酸的埃洛石与具有pH响应特性的半互穿网络聚合物通过电纺技术结合，开发了一种应用到膜系统中能长效控制膜生物污染的实用智能载体。该智能载体能够缓控释D
‑
氨基酸，提高D
‑
氨基酸的利用率；在释放完D
‑
氨基酸后，大尺寸特性使其易于回收并在酸性的D
‑
氨基酸溶液中再负载D
‑
氨基酸。通过在膜生物反应器中多周期的利用该实用智能载体，获得了对膜生物污染的长效控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体，还提供了该智能载体的制备方法，以及该智能载体在膜分离系统中的应用。
[0006]本专利技术采用以下技术方案来实现其目的：
[0007]一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体，其特征在于该实用智能载体呈中空管状结构，由聚偏氟乙烯/聚丙烯酸材质的同轴电纺纤维层围合而成；所述聚偏氟乙烯/聚丙烯酸为半互穿网络聚合物结构，所述同轴电纺纤维的内核包裹有负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管；所述智能载体的直径为0.5
‑
2cm，长度为0.5
‑
5cm；所述D
‑
氨基酸为D
‑
酪氨酸、D
‑
蛋氨酸、D
‑
赖氨酸和D
‑
色氨酸中的一种或几种混合物；所述同轴纤维中包裹的负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管的质量占智能载体总质量的3％
‑
6％；所述智能载体在中性水溶液中能够缓控释D
‑
氨基酸，释放完D
‑
氨基酸后在酸性(pH＝2)的D
‑
氨基酸溶液中能再负载D
‑
氨基酸。
[0008]本专利技术还提供了一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、制备负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管复合物；
[0010]S2、制备pH响应的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物；
[0011]S3、将步骤S2制备的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物加入到有机溶剂中制备成纺丝液，用作同轴电纺中的壳电纺液；
[0012]S4、将步骤S1制备的负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管复合物添加到步骤S2制备的纺丝液，用作同轴电纺的核电纺液；
[0013]S5、将步骤S3和步骤S4制备的壳、核电纺液加入到5ml规格的注射器中，利用同轴电纺装置通过同轴针头电纺到接收装置上；
[0014]S6、将接收装置上的管状电纺纤维层取下放入真空干燥箱中干燥并裁剪。
[0015]上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，D
‑
氨基酸为D
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体；所述智能载体呈中空管状结构，由材质为聚偏氟乙烯/聚丙烯酸的同轴电纺纤维层围合而成；所述聚偏氟乙烯/聚丙烯酸为半互穿网络聚合物结构，所述同轴电纺纤维的内核包裹有负载有D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管；所述智能载体在中性水溶液中能够缓控释D
‑
氨基酸，释放完D
‑
氨基酸后在酸性(pH＝2)的D
‑
氨基酸溶液能够再负载D
‑
氨基酸。2.根据权利要求1所述的采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体，其特征在于：所述智能载体的管径为0.5
‑
2cm，长度为0.5
‑
5cm；所述的负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管的质量占智能载体总质量的6％。3.一种权利要求1和权利要求2所述的采用D
‑
氨基酸长效控制膜生物污染的实用智能载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管复合物；S2、制备pH响应的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物；S3、将步骤S2制备的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物加入到有机溶剂中制备成纺丝液，用作同轴电纺中的壳电纺液；S4、将步骤S1制备的负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管复合物添加到步骤S2制备的纺丝液，用作同轴电纺的核电纺液；S5、将步骤S3和步骤S4制备的壳、核电纺液加入到5ml规格的注射器中，利用同轴电纺装置通过同轴针头电纺到接收装置上；S6、将接收装置上的管状电纺纤维层取下放入真空干燥箱中干燥并裁剪。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，用于制备壳电纺液的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物的固体添加量为溶液总质量的18％；所述步骤S4中，负载D
‑
氨基酸的埃洛石纳米管的添加量为聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物固体质量的6％，聚偏氟乙烯/聚丙烯酸半互穿网络聚合物的添加量为核电纺溶液总质量的18％；所述步骤S5中，电纺参数：核电纺液的进料速度为0.8mL/h，壳电纺液的进料速度为1mL/h，电纺温度为25℃，电纺湿度为40
°
，电纺电压为18KV，针头到接收装置的距离为15cm，电纺时间为6h；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓燕，王馨悦，林训弦，潘峰，张绍晗，张沛，范守港，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：