含水通道蛋白的双皮层正渗透膜制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种含水通道蛋白的双皮层正渗透膜制备方法，具体是由多孔膜层层自组装聚电解质层作为基膜，基膜表面和底面分别交联含水通道蛋白磷脂的膜作为皮层，从而制备得到具有较高透水性能和离子截留能力的正渗透复合膜。
【背景技术】
[0002]海水淡化是解决当今世界水资源短缺的重要途径之一。近年来，膜分离技术凭借其节能、高效、环保的优势，在水处理领域得到了迅速的发展。膜法水处理的关键在于分离膜的性能。开发新型的复合膜材料来降低能耗，实现高效、轻便的净水技术是目前膜材料领域的研究热点和发展趋势。水通道蛋白是一种理想的水分子通道，它具有超强的水渗透性和单一选择通过性。含水通道蛋白的新型复合膜克服了传统分离膜不能同时提高水通量和截留率的缺点。正渗透技术作为一种新的膜分离技术近几年来得到了迅速发展，在水处理方面有着广泛的应用。但发生在正渗透膜支撑层的内浓差极化作用，会导致有效驱动压力显著的减少，从而明显降低膜的有效水通量。
[0003]层层组装是一种基于物质交替沉积而制备复合膜的方法，可以实现膜结构和组成的精确调控。通过选择合适的基体、聚离子，控制聚电解质吸附的条件，可设计出性能优越的渗透分离膜。双皮层复合膜可以有效地减小正渗透过程中的内浓差极化作用，从而提高膜的水通量。同时，利用静电作用力制备含水通道蛋白的磷脂仿生膜，可以增强膜的亲水性能，提高复合膜的机械强度，使其同时具有高的水通量及高的截盐率，在海水淡化、水处理等其它水资源领域，都有良好的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种含水通道蛋白的双皮层正渗透膜制备方法，即通过层层组装制备含水通道蛋白的双皮层正渗透膜，其上下表层均铺展了聚电解质层，减小了正渗透过程中内浓差极化作用的影响，提高了膜的水透过率及离子截留率，且制备方法简单，便于操作，得到的膜的机械强度高，延长了其使用寿命。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0006]一种含水通道蛋白的双皮层正渗透膜制备方法，具体包括以下步骤:
[0007]I)基膜的制备:将聚丙烯腈溶解在极性溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，加入致孔剂LiCl配成铸膜液，将铸膜液加热搅拌12-36h，冷却脱泡12-48h，在20_30°C、湿度60-80%的恒温恒湿环境下，将脱泡后的铸膜液在玻璃板上刮膜，刮好后浸入凝胶浴成膜，经漂洗后，浸入NaOH溶液中进行碱处理，得到表面带电荷的基膜。
[0008]2)层层组装复合膜的制备:将步骤(I)中处理好的基膜用超纯水洗涤后，交替将带相反电荷聚电解质溶液铺展到膜表面与底面，最终使膜表面形成致密的聚电解质层；用同样的方法处理基膜的下表面从而制备表面带电荷的双皮层复合膜。
[0009]3)磷脂囊泡溶液的制备:取不带电荷的磷脂与带电磷脂及磷脂交联剂混合，加入去离子水或磷酸缓冲溶液，经震荡和超声，制备得到磷脂囊泡体系，得到的产品再经过一定孔径的过滤膜过滤，得到浓度为0.05mg/mL-5mg/mL的样品。
[0010]4)水通道蛋白的引入:将步骤3所制得的磷脂囊泡溶液与配制好的水通道蛋白溶液/甘油(0.lmg/ml)/n-辛基-β-D-卩比喃葡萄糖苷(0.01mg/ml)混合，加入1%的η-辛基-β -D-吡喃葡萄糖苷，再将所得溶液放入磷酸缓冲溶液中渗析，得到纯净的含水通道蛋白的蛋白脂质体。
[0011]5)含水通道蛋白磷脂仿生膜的制备:将步骤4中制备得到的含水通道蛋白的蛋白脂质体铺展到步骤2制备好的复合膜的表面，并用交联剂进行交联后完成制备。
[0012]进一步地，步骤I)所述方法制备的基膜为羟基化的聚偏氟乙烯膜、磺化聚砜膜、磺化聚醚砜膜、磺化聚醚醚酮膜、聚酰胺-酰亚胺膜或聚哌嗪酰胺膜中一种。
[0013]进一步地，步骤2)中，带正电的聚电解质溶液为聚烯丙基胺盐酸盐或聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐；
[0014]进一步地，步骤2)中，正电聚电解质的浓度均为lg/1。
[0015]进一步地，步骤3)中，不带电荷的磷脂与带电荷磷脂的质量比为10: 1-1: 10。
[0016]进一步地，步骤3)中，使用的磷脂为1，2-二油酰基磷脂酰胆碱、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、1-十六酰-SN-丙三醇-磷酸胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱或二棕榈酸磷脂酰胆碱
[0017]进一步地，步骤4)中，加入的水通道蛋白与磷脂囊泡溶液的混合质量比分别为I: 10-1: 800。
[0018]进一步地，步骤5)中，所述水通道蛋白为水通道蛋白1、水通道蛋白z、水通道蛋白γ -TIP、水通道蛋白PIP或水通道蛋白NIP。
[0019]该发明的有益效果在于:本发明通过层层组装制备了一种含水通道蛋白的双皮层正渗透膜，这种具有双皮层的正渗透膜可以有效阻止溶质进入复合膜内部，从而减小内浓差极化作用，明显提高正渗透膜的有效水通量，可应用于在水处理、膜分离领域等不同领域，具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0020]本发明提出了一种含水通道蛋白的双皮层正渗透膜的制备方法，利用层层组装制备上下表面均带电的复合膜，再通过静电结合作用使包含水通道蛋白的带电的磷脂囊泡溶液在复合膜表面铺展形成磷脂双层膜。
[0021]利用正渗透装置测试复合膜的分离性能，包括水通量和截留率。
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，但实施例仅仅是提供为说明而不是限定本发明。
[0023]实施例1
[0024]将1.4ml lmg/ml的1，2_ 二油酰基磷脂酰胆碱与0.6ml 1,2- 二油烯氧基-3-三甲氨基丙烷的氯仿溶液混合，用氮气吹干并真空干燥，然后加入PH = 7.5的磷酸缓冲溶液30ml，经震荡和超声，制备得到上述两种磷脂的混合磷脂囊泡溶液；加入水通道蛋白I (0.014mg/ml/)/甘油(0.lmg/ml)/n-辛基-β-D-卩比喃葡萄糖苷(0.0 lmg/ml)的磷酸缓冲溶液4.28ml，将混合溶液装入截留分子量为7KDa的渗析袋中，然后在磷酸缓冲溶液中渗析3天，制备蛋白与磷脂比为1: 50的蛋白脂质体；将相转化法制得的聚丙烯腈膜浸入1.5MNaOH溶液中1.5h，用去离子水洗涤干净后，将lg/L的聚乙烯亚胺溶液与聚苯乙烯磺酸钠溶液分别交替铺展到基膜的上下表面，铺展时间为15min，得到上下表面均为聚苯乙烯磺酸钠的双皮层复合膜，用0.1M的戊二醛交联2h之后，用去离子水反复清洗；加入15ml蛋白脂质体，反应6h，得到含水通道蛋白的磷脂复合膜。测定该分离膜的性能，汲取液为2M蔗糖溶液，原料液为8g/LNaCl溶液，水通量为3.8L/m2h，截留率为91 %。
[0025]实施例2
[0026]将2.4ml lmg/ml的1-十六酰-SN-丙三醇-磷酸胆碱与0.6ml 1,2- 二油烯氧基-3-三甲氨基丙烷的氯仿溶液混合，用氮气吹干并真空干燥，然后加入pH = 7.5的磷酸缓冲溶液30ml，经震荡和超声，制备得到上述两种磷脂的混合磷脂囊泡溶液；加入水通道蛋白I (0.015mg/ml/)/甘油(0.lmg/ml)/n-辛基-β-D-卩比喃葡萄糖苷(0.01mg/ml)的磷酸缓冲溶液4.28ml，将混合溶液装入截留分子量为7KDa的渗析袋中，然后在磷酸缓冲溶液中渗析3天，制备蛋白与磷脂比为1: 50的蛋白脂质体；将相转化法制得的磺化聚砜膜浸入1.5M NaOH溶液中1.5h，用去离子水洗涤干净后，将lg/L的聚乙烯亚胺溶液与聚苯乙烯磺酸钠溶液分别交替铺展到基膜的上下表面，铺展时间为15min，得到上下表面均为聚苯乙烯磺酸钠的双皮层复合膜，用0.1M的聚乙二醇交联2h之后，用去离子水反复清洗；加入15ml蛋白脂质体，反应6h，得到含水通道蛋白的磷脂复合膜。测定该分离膜的性能，汲取液为2M蔗糖溶液，原料液为8g/LNaCl溶液，水通量为3.9L/m2h，截留率为92%。
[0027]实施例3
[0028]将2.4ml lmg/ml的二硬脂酰磷脂酰胆碱与0.6ml 1,2- 二油烯氧基_3_三甲氨基丙烷的氯仿溶液混合，用氮气吹干并真空干燥，然后加入PH = 7.5的磷酸缓冲溶液30ml，经震荡和超声，制备得到上述两种磷脂的混合磷脂囊泡溶液；加入水通道蛋白I (0.0OSmg/ml/) /甘油(0.lmg/ml)/n-辛基-β -D- P比喃葡萄糖苷(0.0 lmg/ml)的磷酸缓冲溶液5.28ml，将混合溶液装入截留分子量为