一種醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及到制備納米纖維素、與醋酸纖維素材料共混制備超濾膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，在外界推動力作用下截留水中懸浮物、膠體、蛋白質(zhì)和微生物等大分子物質(zhì)，而水、無機(jī)鹽和小分子有機(jī)物可透過膜，從而達(dá)到凈化和分離的目的。超濾過程在常溫下進(jìn)行，條件溫和，分離效率高，不發(fā)生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學(xué)試劑，無污染，裝置占地面積小，操作簡單，易于控制和維護(hù)，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)，在水處理、廢水處理回用、食品、醫(yī)藥、紡織、印染、造紙等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。超濾技術(shù)的關(guān)鍵是膜，超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺等。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，單一的膜材料已不能滿足高通量、優(yōu)良的機(jī)械強度和化學(xué)穩(wěn)定性、耐污染等綜合性能的要求，限制了超濾的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。為了擴(kuò)展超濾膜的品質(zhì)，提高膜的性能，采用一定的方法將不同材料特性結(jié)合起來，已成為膜材料發(fā)展的趨勢。
[0003]醋酸纖維素是一種廣泛應(yīng)用的超濾膜材料，具有無毒、耐氯、來源廣、易制備、成膜性好、親水性好、高鹽截留性、價格便宜、宜于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，在膜材料中占有十分重要的位置。醋酸纖維素是可生物降解、可再生的有機(jī)材料，是一種環(huán)境友好材料，常應(yīng)用于在紡織、食品、制藥工業(yè)等領(lǐng)域。但醋酸纖維素存在著耐酸堿性能差、易被污染、抗菌能力差、抗壓實性差等缺點，其制備的超濾膜抗污染性差，使膜的使用壽命降低，制約膜的發(fā)展與應(yīng)用。在專利號為CN103785300A的專利中徐樹來、左金龍公開了一種通過添加親水性無機(jī)納米顆粒來改變醋酸纖維素超濾膜的親水性的共混改性方法，提高了膜的通量、抗污染性，但是在膜的制備和應(yīng)用過程中易流失，影響改性效果；在專利號為CN102653597B的專利中杜道林、孫見凡等制備了表面交聯(lián)殼聚糖的醋酸纖維素膜，具有良好的親水性和力學(xué)強度，但其屬于表面改性技術(shù)，改性劑可能從膜表面上脫落，影響膜的穩(wěn)定性及持久性。
[0004]納米纖維素是直徑為I?10nm的一維納米尺寸的棒狀纖維素，具有質(zhì)輕、超精細(xì)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能優(yōu)異，透光性佳、比表面積大、表面活性高等優(yōu)良特性，其小尺寸效應(yīng)及物理化學(xué)性能會改變材料的力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等性能，其生物降解性和可再生性也是其他材料無法相比的。納米纖維素?zé)o毒，可通過機(jī)械或化學(xué)方法得到，是一種增強材料。納米纖維素分子中有大量羥基，具有較大的親水性，而且特有的性質(zhì)使其形成的薄膜具有較高的機(jī)械強度，將其應(yīng)用在膜方面，可以提高膜的親水性、機(jī)械強度等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種醋酸纖維素與納米纖維素兩種組分共混制備的超濾膜，解決醋酸纖維素超濾膜通量小、抗污染性低等問題，通過與自制納米纖維素的共混，提高超濾膜的親水性、過濾性能和抗污染性，增加機(jī)械強度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜鑄膜液的配方組成為:醋酸纖維素含量10?20wt %，納米纖維素含量O?1wt %，添加劑聚乙二醇PEG400含量O?5wt %，其余為丙酮與N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑，其體積比為丙酮:N，N- 二甲基甲酰胺=1:0.5?5 ;
[0008](I)納米纖維素的制備:將烘干后的原材料實驗室用濾紙，置于堿體系氫氧化鈉/尿素的水溶液中進(jìn)行攪拌處理，氫氧化鈉與尿素的質(zhì)量比為氫氧化鈉:尿素=1:0.5?2，然后抽濾至中性，60°C烘干；將所得產(chǎn)品置于45?64%的硫酸溶液中進(jìn)行酸解，然后稀釋、離心至中性，冷凍干燥后得到納米纖維素；
[0009](2)聚合物的溶解:將O?10被％的納米纖維素加入到N，N- 二甲基甲酰胺中，超聲使納米纖維素在其中充分地均勻分散，隨后加入10?20被％的醋酸纖維素、O?5wt%的添加劑、丙酮，其中醋酸纖維素是二醋酸纖維素，在5?60°C溫度下攪拌溶解2?12h至充分均勻，配制得到鑄膜液，然后將鑄膜液靜置2?12h，超聲脫泡，脫除鑄膜液中殘存的氣泡；
[0010](3)刮膜:將鑄膜液流延至干凈的玻璃板上，用刮膜刀將其刮制成膜；
[0011](4)成膜:溶劑蒸發(fā)10?60s后，將玻璃板浸入O?20°C的凝膠浴中，膜成形脫離玻璃板后，浸泡于去離子水中12?48h，去離子水沖洗干凈即得到醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜。
[0012]醋酸纖維素和納米纖維素均為纖維素的衍生物，所以納米纖維素能夠均勻的分散在醋酸纖維素的有機(jī)體系中，而未與醋酸纖維素的化學(xué)組分發(fā)生較大的化學(xué)反應(yīng)，同時納米纖維素的加入使得超濾膜的分子結(jié)構(gòu)增強、表面官能團(tuán)增加，親水性提高。本發(fā)明的效果和益處是得到的超濾膜兼具醋酸纖維素與納米纖維素二者的優(yōu)良性能，與未加入納米纖維素的醋酸纖維素超濾膜相比，醋酸纖維素/納米纖維素超濾膜的孔隙率提高、孔徑增大、親水性提高，具有通量高、抗污染性能好、機(jī)械性能好等優(yōu)點，而且操作簡單，無需進(jìn)行預(yù)處理，成本低廉。
【附圖說明】
[0013]附圖是納米纖維素的透射電鏡圖，所制備的納米纖維素是納米尺寸的棒狀纖維素。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0015]實施例:
[0016]醋酸纖維素含量為聚合物含量的97wt%，納米纖維素含量為聚合物含量的3wt%。將納米纖維素加入到32.8被％的11 二甲基甲酰胺中，常溫下利用超聲使納米纖維素在其中充分地均勻分散，分散完成后加入到燒杯中，之后加入的醋酸纖維素、2wt%的聚乙二醇、49.2wt%的丙酮，在35°C水浴下攪拌至充分均勻。然后，將得到的鑄膜液靜置，超聲脫泡，脫除鑄膜液中殘存的氣泡。最后，將鑄膜液倒在干凈的玻璃板上，用刮膜刀刮制成膜，浸入冰水浴中，膜成形脫離玻璃板后，去離子水沖洗干凈后即得到醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜。測定膜的拉伸強度，結(jié)果表明，超濾膜的拉伸強度可達(dá)到6.69MPa。
[0017]比較例:
[0018]將16￥七％的醋酸纖維素、2￥七％的聚乙二醇、82￥七％的丙酮與乂^二甲基甲酰胺混合溶劑依次加入到燒杯中，在35°C水浴下攪拌至充分均勻。然后，將得到的鑄膜液靜置，超聲脫泡，脫除鑄膜液中殘存的氣泡。最后，將鑄膜液倒在干凈的玻璃板上，用刮膜刀刮制成膜，浸入冰水浴中，膜成形脫離玻璃板后，去離子水沖洗干凈后即得到醋酸纖維素超濾膜。測定膜的拉伸強度，結(jié)果表明，醋酸纖維素膜的拉伸強度可達(dá)到5.53MPa。
【主權(quán)項】
1.一種醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜，是將納米纖維素用于制備超濾膜，以提高膜的過濾性能、抗污染性、降低制備成本，親水性膜材料醋酸纖維素與納米纖維素通過相轉(zhuǎn)換法制備超濾膜，其特征在于采用以下方法制成: 醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜鑄膜液的配方組成為:醋酸纖維素含量10?20wt %，納米纖維素含量O?1wt %，添加劑聚乙二醇PEG400含量O?5wt %，其余為丙酮與N，N- 二甲基甲酰胺混合溶劑，其體積比為丙酮:N，N- 二甲基甲酰胺=1:0.5?5 ; (1)納米纖維素的制備:將烘干后的原材料實驗室用濾紙，置于堿體系氫氧化鈉/尿素的水溶液中進(jìn)行攪拌處理，氫氧化鈉與尿素的質(zhì)量比為氫氧化鈉:尿素=1:0.5?2，然后抽濾至中性，60°C烘干；將所得產(chǎn)品置于45?64%的硫酸溶液中進(jìn)行酸解，然后稀釋、離心至中性，冷凍干燥后得到納米纖維素； (2)聚合物的溶解:將O?10wt%的納米纖維素加入到N，N-二甲基甲酰胺中，超聲使納米纖維素在其中充分地均勻分散，隨后加入10?20wt%的醋酸纖維素、O?5wt%的添加劑、丙酮，其中醋酸纖維素是二醋酸纖維素，在5?60°C溫度下攪拌溶解2?12h至充分均勻，配制得到鑄膜液，然后將鑄膜液靜置2?12h，超聲脫泡，脫除鑄膜液中殘存的氣泡； (3)刮膜:將鑄膜液流延至干凈的玻璃板上，用刮膜刀將其刮制成膜； (4)成膜:溶劑蒸發(fā)10?60s后，將玻璃板浸入O?20°C的凝膠浴中，膜成形脫離玻璃板后，浸泡于去離子水中12?48h，去離子水沖洗干凈即得到醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜。
【專利摘要】一種醋酸纖維素/納米纖維素共混超濾膜，屬于膜技術(shù)領(lǐng)域。其特征是首先用堿體系氫氧化鈉/尿素的水溶液對原材料濾紙進(jìn)行預(yù)處理，抽濾至中性并烘干后用硫酸溶液進(jìn)行酸解處理，經(jīng)稀釋、離心、干燥后得到納米纖維素；然后采用醋酸纖維素與納米纖維素為膜材料，加入添加劑，選用丙酮與N,N-二甲基甲酰胺的混合溶劑，攪拌均勻后進(jìn)行脫泡，刮膜后浸入一定溫度的凝膠池中得到共混超濾膜。本發(fā)明的效果和益處是得到的超濾膜兼具醋酸纖維素與納米纖維素二者的優(yōu)良性能，醋酸纖維素/納米纖維素超濾膜的孔隙率提高、孔徑增大、親水性提高，具有通量高、抗污染性能好、機(jī)械性能好等優(yōu)點，而且操作簡單，無需進(jìn)行預(yù)處理，成本低廉。
【IPC分類】B01D71/16, B01D69/02, B01D67/00
【公開號】CN105107390
【申請?zhí)枴緾N201510569928
【發(fā)明人】楊鳳林, 呂金玲, 張國權(quán)
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月9日