[发明专利]一种用于水体微污染物脱除的膜色谱材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于水体微污染物脱除的膜色谱材料及其制备方法。所述膜色谱材料结合了传统分离膜依靠孔径尺寸筛分以及色谱特异性吸附的特点。在具有高通量的同时，对水体中的普通杂质及微污染物如重金属、残留农药、抗生素、激素、多环芳烃、塑化剂等都能同时一并去除，还能保持水体的一定硬度。因此，所述膜色谱材料的滤液能达到饮用级别，是一种高效、可靠、具有长远应用价值的材料。将本体膜材料、吸附性物质、致孔剂与溶剂按一定比例共混，经脱泡、过滤、静置，得到聚合物铸膜液，进一步采用非溶剂诱导相转化法得到该膜色谱材料。该材料制备工艺简单，成本低，适用于工业化批量生产。

技术领域

本发明涉及提出一种用于水体微污染物脱除的膜色谱材料及其制备方法，涉及色谱技术和膜分离技术的结合，属于功能型膜材料领域。

背景技术

目前最为有效的分离纯化技术有色谱和膜分离。色谱分离技术是基于不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，在采用流动相洗脱过程中呈现不同保留时间，从而实现分离，是一种分离复杂混合物中各种组分的有效方法。按固定相类型和分离原理可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、亲和色谱、凝胶色谱、聚焦色谱等。最常用的则是吸附色谱分离技术，利用固定相吸附中对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程。膜过滤技术是指在分子水平上不同粒径分布的混合物在通过滤膜时，实现选择性分离的技术。具有分离效率高、能耗低、简易方便、环保等诸多优点，被广泛的用于水体的过滤分离。

随着环境污染的加剧，去除污染物的分离技术也不断提升。尽管膜过滤是最有效、简便且成本较低的过滤分离技术，但是传统的膜过滤技术只是通过孔径大小来滤除杂质，并不能有效去除水体中的微污染物如重金属、残留农药、激素、多环芳烃、塑化剂等；有些纳滤膜或超滤膜虽然能过滤部分微污染物，但不能做到特异性去除其他不同种类的微污染物和重金属离子；有些反渗透滤膜虽然能有效去除这类微污染物和重金属离子，但是其通量极小严重限制了它在实际生活中的应用。另外，在过滤掉重金属离子的同时，也将水体中的钙镁离子等矿物质也一并滤除完全，仅剩下水分子，使水体硬度过度降低。

膜色谱技术是一种结合了色谱分离和膜过滤，对生物大分子有特异性和选择性的分离技术。相比普通膜技术，膜色谱分离不只是利用膜孔径大小，更主要是利用特异性和选择性，它采用具有一定孔径的膜材料作为介质，连接特定配基，通过配基与目标分子之间的相互作用进行分离纯化。根据相互作用的方式，可将膜色谱分为亲和膜色谱、疏水膜色谱、离子交换膜色谱、多级膜色谱、细胞膜色谱、吸附膜色谱等。膜色谱分离的核心是膜色谱介质材料，不同膜色谱选用的介质材料各不相同，膜色谱主要用于生物活性物质的分离纯化、中药有效成分的提纯、血液净化等。在专利200610042997.2中，将高通量色谱分离制备技术和受体细胞膜色谱筛选技术用于中药蛇床子有效成分的筛选。Millipore公司采用亲和膜色谱筛选技术，成功研制了可纯化单克隆抗体的中空纤维膜分离器。杨利等人采用疏水膜色谱技术制备了一系列膜色谱介质，用于牛血清蛋白的分离纯化。Sun等人采用离子交换膜色谱筛选分离血浆中的人凝血酶原。传统的膜色谱技术是对特定的目标蛋白质进行选择性吸附，然后通过脱附达到分离和纯化的效果。本发明提出了一种新的思路：将可吸附微污染物的物质以共混的方式固定在膜本体材料中，制备一种高效分离过滤的吸附膜色谱介质。一方面这种膜色谱介质可以通过膜孔径大小过滤掉大尺寸的杂质；另一方面吸附性物质可特异性吸附去除水体中有害微污染物。相比普通纳滤膜和超滤膜，该吸附膜色谱介质能够更有效的去除水体中的重金属离子；相比反渗透膜，该吸附膜色谱介质具有显著更高的通量，在去除水体中重金属离子的同时过滤效率更高。此外，该介质能让水体中钙镁离子等矿物质正常通过而反渗透膜则不能，在一定程度上保证了水体的硬度，将有利于人体的健康饮用。因此，本发明所提出的新型膜色谱介质在水体中的应用具有重大意义。