以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法及其应用与流程

本发明涉及多巴胺及其应用，具体涉及一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法及其应用。

背景技术：

近年来，含油污水面广量大，在石油开采、石油炼制、油品储运、油轮事故、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中都会产生含油污水。随着各国经济的快速发展，油污染的问题日益严峻，对自然环境和生态平衡造成了极大威胁。要实现快速、高效地分离油水乳液，就需要制备出相应的多孔材料。归根结底，材料的分离取决于界面的性质。通常，界面材料的表面改性方法主要分为两大类,即物理法和化学法。物理法主要包括表面涂覆和共混；化学法主要包括表面处理、辐照、接枝、界面聚合和表面交联等。这些改性方法或多或少都存在破坏材料本体结构、降低材料力学性能、改性效果稳定性差、操作步骤繁冗以及仪器设备复杂等缺点。为克服现有改性方法的不足,需要开发一种更为经济高效、操作简便的方法来实现材料表面的改性，实现超浸润界面的构建。

“生物仿生学”在全球引起的研究热潮让材料界面的改性出现了新的研究局面。聚多巴胺是贻贝类生物分泌的粘性蛋白质的主要成分。由于聚多巴胺具有良好的稳定性、水分散性和生物相容性,因此被广泛应用于生物、医药及化学等领域中。常温下多巴胺单体在碱性有氧环境中会发生氧化自聚生成聚多巴胺。控制聚多巴胺氧化自聚的条件如多巴胺浓度、聚合介质、聚合时间等条件可制备单分散性的聚多巴胺微/纳米球。此外,聚多巴胺结构中含有大量的氨基和酚羟基等活性功能团,可以作为二级平台与功能性单体反应，实现材料表面超浸润性的调控，从而扩大了其在油水分离领域的应用。在功能性基团的作用下，所制备的界面材料分离效率高，抗污染性高，使用寿命延长。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，该方法反应条件及过程可控性强；反应条件温和；操作步骤简单；应用领域广泛，适用于多种材料(无机、有机)表面的改性；避免使用有机溶剂对环境的污染。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，包括以下工艺步骤：

(1)配置多巴胺浓度为1-5g/l的水溶液，以盐酸、三羟甲基氨基甲烷、草酸、氢氧化钠、醋酸中的至少两种有机溶剂调节溶液ph为6-10；

(2)将多孔材料浸没在上述多巴胺水溶液中；

(3)完成上述反应后，加入为多巴胺含量1-5倍的功能性单体继续反应，取出多孔材料形成超浸润高分子膜。

在水溶液中，多巴胺的邻苯二酚基团很容易被氧化,生成具有邻苯二醌结构的多巴胺醌化合物。多巴胺和多巴胺醌之间发生反歧化反应，产生半醌自由基，然后偶合形成交联键，同时在基体材料表面形成紧密附着的交联复合层。多巴胺对基体材料表面的附着行为来源于多巴胺的邻苯二酚和氨基官能团,这种结构可以和有机-无机表面建立共价和非共价的相互作用,从而使聚多巴胺交联层强力附着在材料表面上。除此之外，邻苯二酚活性基团能够进行二次反应，作为二级平台将功能分子引入材料表面,实现材料表面的进一步功能化，进而提高材料表面的抗污染性、降低表面粘附力等。

在上述方案的基础上，作为优选，还包括将步骤(3)的超浸润高分子膜用去离子水冲洗干净，除去表面未反应的单体分子的步骤。

在上述方案的基础上，作为优选，所述的多孔材料为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、金属筛网、聚酯海绵中的一种。

在上述方案的基础上，作为优选，将步骤(2)中的多巴胺水溶液在摇床上晃动1-24h，摇床的晃动频率5-100转/分，以增大溶液中的含氧量。

在上述方案的基础上，作为优选，所述步骤(3)中的功能性单体为以氨基封端的聚乙二醇长链、硫醇、肝素分子、硝酸银中的一种。

在上述方案的基础上，作为优选，所述步骤(3)中加入功能性单体的溶液反应时长为1-12h。

在上述方案的基础上，作为优选，所述步骤(3)中加入功能性单体的溶液在摇床的晃动频率为5-50转/分。

在上述方案的基础上，作为优选，所述步骤(4)中冲洗干净的多孔材料浸没在去离子水中备用。

在油水分离领域应用超浸润高分子膜的方法，以烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶、司潘80、吐温80中的一种为乳化剂配置浓度为0.5％-5％的油水乳液，将所述的油水乳液通过超浸润高分子膜，检测滤液的浓度，实验结果滤液的纯度在99.99％以上。

在上述方案的基础上，作为优选，所述的油水乳液为水包大豆油乳液、水包氯仿乳液、水包二氯甲烷乳液、水包柴油乳液、大豆油包水乳液、氯仿包水乳液、二氯甲烷包水乳液、柴油包水乳液中的一种。

本发明的有益效果是：反应条件及过程可控性强；

反应条件温和；

操作步骤简单；

应用领域广泛，适用于多种材料(无机、有机)表面的改性；

避免使用有机溶剂对环境的污染。

附图说明

图1是浸没在多巴胺溶液中4h后的pvdf膜电镜图；

图2是多巴胺改性后的pvdf膜在水下的氯仿的接触角为151°。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，包括以下工艺步骤：

(1)配置多巴胺浓度为1-5g/l的水溶液，以盐酸、三羟甲基氨基甲烷、草酸、氢氧化钠、醋酸中的至少两种有机溶剂调节溶液ph为6-10；

(2)将多孔材料浸没在上述多巴胺水溶液中；

(3)完成上述反应后，加入为多巴胺含量1-5倍的功能性单体继续反应，取出多孔材料形成超浸润高分子膜。

以烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶、司潘80、吐温80中的一种为乳化剂配置浓度为0.5％-5％的油水乳液，将所述的油水乳液通过超浸润高分子膜，检测滤液的浓度，实验结果滤液的纯度在99.95％以上。

在上述步骤中，采用两种有机溶剂调节溶液ph为6-10，之所以采用两种有机溶剂，原因在于两种溶剂配合更容易调节到所需的ph值，如果采用一种有机溶剂进行ph值调节，会导致ph骤升或骤降，如果采用三种有机溶剂进行ph值调节，则使得整个体系的离子过于复杂，影响后期实验的分析。

所述的多孔材料为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、金属筛网、聚酯海绵中的一种。

选择的材料均为多孔材料，且本身呈现疏水特性。

实施例二：

一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，包括以下工艺步骤：

(1)配置多巴胺浓度为1-5g/l的水溶液，以盐酸、三羟甲基氨基甲烷、草酸、氢氧化钠、醋酸中的至少两种有机溶剂调节溶液ph为6-10；

(2)将多孔材料浸没在上述多巴胺水溶液中；

(3)完成上述反应后，加入为多巴胺含量1-5倍的功能性单体继续反应，取出多孔材料形成超浸润高分子膜。

将步骤(3)的超浸润高分子膜用去离子水冲洗干净，除去表面未反应的单体分子的步骤。

在这一步骤中产生的积极效果是除去膜表面未反应的单体分子，如缺少这一步骤会导致滤液中检测到该单体分子，干扰滤液纯度的检测。

以烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶、司潘80、吐温80中的一种为乳化剂配置浓度为0.5％-5％的油水乳液，将所述的油水乳液通过超浸润高分子膜，检测滤液的浓度，实验结果滤液的纯度在99.97％以上。

实施例三：

一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，包括以下工艺步骤：

(1)配置多巴胺浓度为1-5g/l的水溶液，以盐酸、三羟甲基氨基甲烷、草酸、氢氧化钠、醋酸中的至少两种有机溶剂调节溶液ph为6-10；

(2)将多孔材料浸没在上述多巴胺水溶液中，多巴胺水溶液在摇床上晃动1-24h，摇床的晃动频率5-100转/分，以增大溶液中的含氧量(该工艺步骤使得多巴胺和氧气的接触概率提高，氧气浓度的增大缩短了多巴胺在膜表面形成二级平台的时间)。

(3)完成上述反应后，加入为多巴胺含量1-5倍的功能性单体继续反应，取出多孔材料形成超浸润高分子膜。

(4)将步骤(3)的超浸润高分子膜用去离子水冲洗干净，除去表面未反应的单体分子。

以烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶、司潘80、吐温80中的一种为乳化剂配置浓度为0.5％-5％的油水乳液，将所述的油水乳液通过超浸润高分子膜，检测滤液的浓度，实验结果滤液的纯度在99.99％以上。

实施例四：

一种以多巴胺为二级平台构建超浸润高分子膜的方法，包括以下工艺步骤：

(1)配置多巴胺浓度为1-5g/l的水溶液，以盐酸、三羟甲基氨基甲烷、草酸、氢氧化钠、醋酸中的至少两种有机溶剂调节溶液ph为6-10；

(2)将多孔材料浸没在上述多巴胺水溶液中，多巴胺水溶液在摇床上晃动1-24h，摇床的晃动频率5-100转/分，以增大溶液中的含氧量。

(3)完成上述反应后，加入为多巴胺含量1-5倍的功能性单体继续反应，反应时长为1-12h，摇床的晃动频率为5-50转/分(常规选择)，取出多孔材料形成超浸润高分子膜。功能性单体为以氨基封端的聚乙二醇长链、硫醇、肝素分子、硝酸银中的一种，选择这些功能性单体带来的进步效果是增强亲水性。

(4)将步骤(3)的超浸润高分子膜用去离子水冲洗干净，除去表面未反应的单体分子。

以烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶、司潘80、吐温80中的一种为乳化剂配置浓度为0.5％-5％的油水乳液，将所述的油水乳液通过超浸润高分子膜，检测滤液的浓度，实验结果滤液的纯度在99.99％以上。

此外，在上述任一个实施例中均还可增加步骤：所述步骤(4)中冲洗干净的多孔材料浸没在去离子水中备用，作用是保持膜孔完整，防止膜孔塌陷，保证后续的分离效果。

对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。