一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，包括首先使用物化方法對二氧化硅基片進行預處理，備用；接著利用耗散型石英晶體微天平在干凈二氧化硅基片上修飾聚?L?賴氨酸吸附層，獲得聚?L?賴氨酸修飾的芯片，備用；然后通過多周期離心旋涂將均苯三甲酰氯、間苯二胺聚合反應溶液依次涂覆于聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面；之后進行恒溫熱處理，即獲得聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片；最后使用聚酰胺石英晶體芯片清洗溶液實現二氧化硅基片的循環使用。該方法在二氧化硅基片表面均勻結合納米級厚度的聚酰胺功能層，獲得了聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片，操作簡單，實用性強，可廣泛用于聚酰胺納濾膜污染的表面吸附行為和機理的解析中。

Method for preparing polyelectrolyte assembled polyamide quartz crystal chip

The invention discloses a method for preparing a polyamide quartz crystal chip polyelectrolyte assembly, including the use of physicochemical methods on silica substrate pretreatment, standby; then use the quartz crystal microbalance with dissipation on clean silica substrate modified poly L lysine adsorption layer, poly L lysine modified chip, the chip surface and then through the standby; multi cycle centrifugal spin coating will be trimesoyl chloride, benzene two amine polymerization solution were coated with poly lysine modified L; after isothermal heat treatment, to obtain polyamide quartz crystal chip polyelectrolyte assembly; finally achieve the silica substrate recycling of polyamide using quartz crystal chip cleaning solution. The method in the function of polyamide layer on the surface of the silica substrate with uniform nano thickness, the polyamide quartz crystal chip, polyelectrolyte assembly has the advantages of simple operation, strong practicability, and can be widely used in the analysis of surface adsorption behavior and mechanism of polyamide nanofiltration membrane fouling in.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于石英晶體微天平芯片開發領域，具體涉及一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法。
技術介紹
納濾是介于反滲透和超濾之間的一種壓力驅動的膜分離過程，已成為近三十年來膜分離技術研究的熱點。納濾膜主要通過空間位阻和靜電排斥作用對溶解組分進行分離，通常對二價和多價離子以及分子量大于200Da的有機物的截留率大于90％，而對一價離子和小分子有機物的截留率較低。因此，納濾膜獨特的分離特點可實現不同物質的選擇性分離，被廣泛應用于水處理、制藥、食品和化工等領域。聚酰胺納濾膜是實際生產中廣泛使用的商品納濾膜之一，具有很高的截留率和較大的滲透通量，但是廣泛存在的膜污染問題限制了聚酰胺納濾膜的高效低耗運行。因此，探明污染物在聚酰胺納濾膜界面的吸附累積過程及吸附層結構特征，是進行聚酰胺納濾膜污染防控的有效途徑。在眾多的分析方法中，耗散型石英晶體微天平技術是考察污染物在固體界面吸附行為及吸附層結構特征最為直觀的技術手段，引起了膜污染研究者們的廣泛關注。耗散型石英晶體微天平測試過程如下：污染物流經石英晶體芯片表面，測試系統通過對芯片振動頻率及耗散值的在線監測，獲得污染物在石英晶體芯片表面的吸附行為及吸附層結構特征。顯然，石英晶體芯片是耗散型石英晶體微天平技術的核心組成部分。然而商品化的石英晶體芯片表面通常為二氧化硅和金鍍層，因此利用耗散型石英晶體微天平技術結合上述商品化芯片考察的是污染物在二氧化硅或金材料界面的作用過程。顯然，商品化的石英晶體芯片并不能代表實際的聚酰胺納濾膜的表面性能，這也是耗散型石英晶體微天平技術未能在膜污染領域中被廣泛應用的主要原因。基于上述研究現狀，開發一種簡單高效的聚酰胺石英晶體芯片的制備技術，是探明污染物在聚酰胺納濾膜表面吸附行為及吸附層結構特征亟需解決的首要問題，亦對聚酰胺納濾膜污染的防控至關重要。
技術實現思路
本專利技術目的是針對耗散型石英晶體微天平技術在膜污染領域的應用需求，提供一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法。該方法將高速離心原理、靜電作用、氨基–酰氯反應以及胺–酰氯聚合反應四者相結合，通過陽離子聚電解質聚-L-賴氨酸與二氧化硅基片的靜電作用、與均苯三甲酰氯的反應，以及間苯二胺與均苯三甲酰氯的聚合反應，在二氧化硅基片表面結合一層均勻的納米級厚度的聚酰胺功能層，并經過特定的熱處理，實現了聚酰胺功能層的穩定存在，進而獲得表面物化特性接近商品聚酰胺納濾膜的聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片。該方法操作簡單，實用性強。本專利技術的目的是通過下述技術方案來實現的。一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，包括以下步驟：1)基片預處理：將二氧化硅基片浸泡在十二烷基硫酸鈉溶液中，然后將其置于超純水中，在溫度為20—30℃下超聲處理10—20min，之后超純水漂洗且氮氣干燥，最后將二氧化硅基片置于紫外燈下照射，待用；2)聚-L-賴氨酸吸附層生成：將處理干凈的二氧化硅基片裝入耗散型石英晶體微天平系統的流通池中，然后在溫度為24—26℃下，將4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液持續注入流通池中20—40min，接著注入聚-L-賴氨酸溶液30—60min，最后再次注入4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液10—20min；在步驟1)所得干凈二氧化硅基片表面生成聚-L-賴氨酸吸附層；3)將步驟2)所得芯片從流通池中取出，氮氣干燥，即獲得聚-L-賴氨酸修飾的芯片，待用；4)聚酰胺生成：將步驟3)所得聚-L-賴氨酸修飾的芯片安裝于設有加熱板的離心旋轉平臺上，然后通過兩次分段離心旋轉、同時控制聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面的溫度方式，先將均苯三甲酰氯聚合反應溶液涂覆到聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面，使其與聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面的氨基反應；再涂覆間苯二胺聚合反應溶液，使其與聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面已經存在的酰氯官能團發生聚合反應，生成聚酰胺，一個涂覆周期即完成；5)聚酰胺功能層生成：重復步驟4)所述涂覆周期，在聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面生成聚酰胺功能層，即獲得結合有聚酰胺功能層的芯片；6)熱處理：將步驟5)所得結合有聚酰胺功能層的芯片在溫度為80—90℃的真空環境中熱處理30—60min，超純水漂洗后氮氣吹干，即獲得聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片。進一步，所述十二烷基硫酸鈉溶液的質量濃度為2—5％，溫度為20—30℃，二氧化硅基片浸泡時間為20—30min。進一步，所述紫外燈功率為30—40w，波長為185nm，照射時間為10—30min。進一步，所述4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液為濃度為10mM，pH為7—7.5的4-羥乙基哌嗪乙磺酸的水溶液；所述聚-L-賴氨酸溶液的配制方法為：將聚-L-賴氨酸氫溴酸鹽溶解于4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液中，獲得濃度為0.1—0.5g/L的聚-L-賴氨酸溶液。進一步，所述步驟2)中注入4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液和聚-L-賴氨酸溶液的流速相同，均為80—100μL/min。進一步，所述均苯三甲酰氯聚合反應溶液的質量濃度為0.1—0.5％，溶劑為Isopar-G；間苯二胺聚合反應溶液的質量濃度為2—6％，溶劑為N,N-二甲基乙酰胺。進一步，所述步驟4)中分段離心旋轉過程為：首先在24—26℃的環境中，將體積為150—300μL的均苯三甲酰氯聚合反應溶液或間苯二胺聚合反應溶液滴至聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面中心位置，啟動離心旋轉平臺，以500—1000r/min的低轉速離心旋轉10—20s后將轉速提升至3000—5000r/min，同時將聚-L-賴氨酸修飾的芯片溫度提升至30—40℃，繼續離心旋轉20—40s后停止旋轉。進一步，所述涂覆周期的重復次數為2—10次。進一步，二氧化硅基片循環利用：步驟6)所得聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片使用過后，首先將其置于聚酰胺石英晶體芯片清洗溶液中加熱清洗，然后置于超純水中在溫度為20—30℃下超聲處理10—20min，最后用超純水漂洗且氮氣吹干，即獲得干凈的二氧化硅基片。進一步，所述聚酰胺石英晶體芯片清洗溶液為體積比為7:3的98％H2SO4和30％H2O2的混合溶液，加熱清洗溫度為70—90℃，清洗時間為5—10min。本專利技術的優點及有益效果為：(1)對二氧化硅基片進行特定的物化預處理，有效去除二氧化硅基片表面殘留的有機或者無機污染物質，不但確保了聚-L-賴氨酸對二氧化硅基片表面的充分修飾，而且有助于聚合反應單體的均勻涂覆與相互結合。(2)基于靜電作用并利用耗散型石英晶體微天平，在二氧化硅基片表面修飾氨基官能團。利用氨基–酰氯反應原理，在離心旋轉過程中均苯三甲酰氯首先與二氧化硅基片表面的氨基反應，通過化學鍵結合到二氧化硅基片表面。基于胺–酰氯聚合反應原理，在離心旋轉涂覆過程中均苯三甲酰氯與間苯二胺發生聚合反應，生成聚酰胺。通過靜電力和化學鍵等物化作用，生成的聚酰胺功能層有效的與二氧化硅基片穩固結合。(3)基于高速離心原理、聚合反應單體溶液的流動性及聚合反應原理等，通過調節離心旋轉速度、旋轉時間及環境溫度等參數，在二氧化硅基片表面生成厚度均勻(2—14nm)的聚酰胺功能層，為聚酰胺石英晶體芯片的實用性奠定了基礎。(4)基于聚合反應的熱力學原理，將結合有聚酰胺功能層的芯片在真空高溫條件下進行熱處理，促進活性官能團的進一步聚合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)基片預處理：將二氧化硅基片浸泡在十二烷基硫酸鈉溶液中，然后將其置于超純水中，在溫度為20—30℃下超聲處理10—20min，之后超純水漂洗且氮氣干燥，最后將二氧化硅基片置于紫外燈下照射，待用；2)聚?L?賴氨酸吸附層生成：將處理干凈的二氧化硅基片裝入耗散型石英晶體微天平系統的流通池中，然后在溫度為24—26℃下，將4?羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液持續注入流通池中20—40min，接著注入聚?L?賴氨酸溶液30—60min，最后再次注入4?羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液10—20min；在步驟1)所得干凈二氧化硅基片表面生成聚?L?賴氨酸吸附層；3)將步驟2)所得芯片從流通池中取出，氮氣干燥，即獲得聚?L?賴氨酸修飾的芯片，待用；4)聚酰胺生成：將步驟3)所得聚?L?賴氨酸修飾的芯片安裝于設有加熱板的離心旋轉平臺上，然后通過兩次分段離心旋轉、同時控制聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面的溫度方式，先將均苯三甲酰氯聚合反應溶液涂覆到聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面，使其與聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面的氨基反應；再涂覆間苯二胺聚合反應溶液，使其與聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面已經存在的酰氯官能團發生聚合反應，生成聚酰胺，一個涂覆周期即完成；5)聚酰胺功能層生成：重復步驟4)所述涂覆周期，在聚?L?賴氨酸修飾的芯片表面生成聚酰胺功能層，即獲得結合有聚酰胺功能層的芯片；6)熱處理：將步驟5)所得結合有聚酰胺功能層的芯片在溫度為80—90℃的真空環境中熱處理30—60min，超純水漂洗后氮氣吹干，即獲得聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片。...

【技術特征摘要】
1.一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：1)基片預處理：將二氧化硅基片浸泡在十二烷基硫酸鈉溶液中，然后將其置于超純水中，在溫度為20—30℃下超聲處理10—20min，之后超純水漂洗且氮氣干燥，最后將二氧化硅基片置于紫外燈下照射，待用；2)聚-L-賴氨酸吸附層生成：將處理干凈的二氧化硅基片裝入耗散型石英晶體微天平系統的流通池中，然后在溫度為24—26℃下，將4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液持續注入流通池中20—40min，接著注入聚-L-賴氨酸溶液30—60min，最后再次注入4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液10—20min；在步驟1)所得干凈二氧化硅基片表面生成聚-L-賴氨酸吸附層；3)將步驟2)所得芯片從流通池中取出，氮氣干燥，即獲得聚-L-賴氨酸修飾的芯片，待用；4)聚酰胺生成：將步驟3)所得聚-L-賴氨酸修飾的芯片安裝于設有加熱板的離心旋轉平臺上，然后通過兩次分段離心旋轉、同時控制聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面的溫度方式，先將均苯三甲酰氯聚合反應溶液涂覆到聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面，使其與聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面的氨基反應；再涂覆間苯二胺聚合反應溶液，使其與聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面已經存在的酰氯官能團發生聚合反應，生成聚酰胺，一個涂覆周期即完成；5)聚酰胺功能層生成：重復步驟4)所述涂覆周期，在聚-L-賴氨酸修飾的芯片表面生成聚酰胺功能層，即獲得結合有聚酰胺功能層的芯片；6)熱處理：將步驟5)所得結合有聚酰胺功能層的芯片在溫度為80—90℃的真空環境中熱處理30—60min，超純水漂洗后氮氣吹干，即獲得聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片。2.根據權利要求1所述的一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，其特征在于，所述十二烷基硫酸鈉溶液的質量濃度為2—5％，溫度為20—30℃，二氧化硅基片浸泡時間為20—30min。3.根據權利要求1所述的一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，其特征在于，所述紫外燈功率為30—40w，波長為185nm，照射時間為10—30min。4.根據權利要求1所述的一種聚電解質裝配的聚酰胺石英晶體芯片的制備方法，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王磊，王佳璇，苗瑞，張一，呂永濤，李珍賢，劉婷婷，王旭東，
申請(專利權)人：西安建筑科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61