一种生物催化膜及其制备方法和应用

本发明涉及分离膜，特别涉及一种生物催化膜，同时本发明也涉及生物催化膜的应用。

背景技术：

1、近年来，随着石化、制药等行业的发展，大量排放的废水产生了严重的环境污染。水中微污染物(micropollutants，mps)在近年来对安全用水有着巨大的威胁，mps主要包括药品和个人护理产品(ppcps)、内分泌干扰物(edcs)、杀虫剂和工业副产品。此类污染物低浓度即可对人体产生巨大的危害，且由于其持久性、生物累积性和生物活性，其浓度逐渐增加对活生物体造成极大的负面影响。因此实现水中微污染物的去除意义重大。

2、纳滤膜是一种压力驱动膜，其孔径范围在纳米级别，对水中污染物有较好的去除效果。但是微污染物在水中常以较低浓度存在，且易吸附在膜上，因此，传统纳滤膜去除效果较弱。双酚a(bpa)作为一种典型的edcs对人体危害的研究也较为深入，有研究表明bpa作为一种雌激素类似物影响人体内分泌活动，会对女性生殖器官产生不良影响，此外还会造成肝损伤等危害。因而进一步研究以期获得水通量高、mps去除效果好的纳滤膜，对废水处理有着重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提出一种生物催化膜的制备方法，以可获得适用于微污染物废水处理的纳滤膜。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种生物催化膜，所述生物催化膜包括多孔支撑层和较为致密的分离层，所述分离层的厚度为300～500nm；该生物催化膜是在常温下通过将氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶采用一步压力辅助自组装制备得到，所述多孔支撑层为水解聚丙烯腈超滤膜，所述分离层是由氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶共同组成的皮层，氧化石墨烯纳米片的无规则堆叠形成了跨膜界面通道。制备过程如下：

3、步骤1、配制氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶的混合溶液：配制质量体积比为1mg/ml的氧化石墨烯水溶液，记为溶液a；配制质量体积比为0.5mg/ml的聚乙烯亚胺水溶液，记为溶液b；将溶液a、溶液b和漆酶粉末溶解于超纯水中得到混合溶液，其中，溶液a、溶液b和超纯水的体积比为1:0.4:30，漆酶粉末与超纯水的质量体积比为1-3mg/6ml；

4、步骤2、制备水解聚丙烯腈超滤膜：将聚丙烯腈超滤膜放入1m的氢氧化钠溶液中，50℃热处理1h，然后用蒸馏水冲洗膜表面得到水解聚丙烯腈超滤膜；

5、步骤3、进行压力辅助自组装：将步骤2制备的水解聚丙烯腈超滤膜活性面朝上的固定在超滤杯中，将步骤1配制的混合溶液倒入超滤杯中浸没所述的水解聚丙烯腈超滤膜，膜有效面积与混合溶液体积比为0.9cm2/ml；接通氮气，调节氮气压力使混合溶液跨膜流出实现压力辅助自组装，直至液滴完全渗透通过所述的水解聚丙烯腈超滤膜；将所得的膜使用超纯水洗涤，即为生物催化膜。

6、进一步讲，本发明所述生物催化膜的制备方法，其中：

7、配制氧化石墨烯水溶液采用超声分散。

8、配制氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶的混合溶液时采用超声分散。

9、将本发明制备方法制备得到的生物催化膜的用作微污染物去除水处理。

10、所述微污染物为酚类微污染物，该生物催化膜在具有较好的水通量的同时对双酚a去除率为76％-99％。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、(1)本发明的生物催化膜的制备过程主要包括制备go分散液；用聚丙烯腈超滤膜获得水解聚丙烯腈超滤膜；配制go、pei、漆酶混合溶液；进行压力辅助自组装，得到生物催化膜。该制备方法操作简便，便于实施。

13、(2)本发明的制备方法基于go、pei、漆酶在常温常压下即可发生静电相互作用的原理，一步压力辅助自组装，形成了含有漆酶的皮层。go纳米片的无规则堆叠形成了跨膜界面通道，为水分子的通过提供了快速的传输路径。同时，漆酶对酚类微污染物具有催化降解效果，可有效实现微污染物去除。

14、(3)本发明将制备的膜材料用于含酚类微污染物水处理，具有较高的水通量和微污染物去除效果。将本发明制备得到的具有较好的水通量、高微污染物去除效果的生物催化膜用作酚类微污染物水处理。

技术特征：

1.一种生物催化膜，其特征在于，所述生物催化膜包括多孔支撑层和较为致密的分离层，该生物催化膜是在常温下通过将氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶采用一步压力辅助自组装制备得到，所述多孔支撑层为水解聚丙烯腈超滤膜，所述分离层是由氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶共同组成的皮层，氧化石墨烯纳米片的无规则堆叠形成了跨膜界面通道；所述分离层的厚300～500nm。

2.一种如权利要求1所述的生物催化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的生物催化膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，配制溶液a时采用超声分散。

4.根据权利要求2所述的生物催化膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，配制氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶的混合溶液时采用超声分散。

5.根据权利要求2至4任一所述的制备方法制备得到的生物催化膜的应用，其特征在于：将该生物催化膜用作微污染物去除水处理。

6.根据权利要求5所述的生物催化膜的应用，其特征在于：所述微污染物为含有双酚a的酚类微污染物，该生物催化膜对双酚a的去除率为76％-99％。

技术总结
本发明公开了一种生物催化膜及其制备方法，所述生物催化膜包括多孔支撑层和较为致密的分离层；该生物催化膜是在常温下通过将氧化石墨烯、聚乙烯亚胺和漆酶采用一步压力辅助自组装制备得到，氧化石墨烯纳米片的无规则堆叠形成了跨膜界面通道。主要包括配制GO分散液；用聚丙烯腈超滤膜获得HPAN超滤膜；配制GO、PEI、漆酶混合溶液；在常温下进行压力辅助自组装。本发明制备方法操作简便，便于实施，分离层由传统制膜材料GO、PEI和生物酶漆酶组成，具有较好的水通量，同时对溶液中酚类有较好的去除率。将本发明制备得到的生物催化膜用作含酚废水处理的应用，具有较高的水通量和较好的酚类去除率。

技术研发人员：刘冠华,姜艳军,赵凌凤,郭雷杰,张锁庆,王立晖,沈彬,李赫宇,暴悦梅,李许伟
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13