一種從秸稈中提取納米纖維素制備聚偏氟乙烯超濾膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種從秸桿中提取納米纖維素制備聚偏氟乙烯超濾膜的方法，屬于超濾膜領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維素、具有較大的比表面積，化學(xué)反應(yīng)的可及性較大；其次，納米纖維素表面多孔，結(jié)構(gòu)疏松，化學(xué)反應(yīng)時(shí)試劑容易滲入，大大提高了反應(yīng)的均一性；第三，納米纖維素表面眾多的羥基，可以發(fā)生一系列的酯化、醚化等化學(xué)反應(yīng)。納米纖維素晶須的寬度大約為幾到幾十納米之間，而長(zhǎng)度的變化范圍比較寬，從幾十納米到幾個(gè)微米，納米纖維素高的長(zhǎng)寬比有助于實(shí)現(xiàn)從基質(zhì)到增強(qiáng)相的應(yīng)力傳遞，因而可作為一種理想的增強(qiáng)劑。相比其他增強(qiáng)劑，納米纖維素具有很多優(yōu)點(diǎn):第一，來源于植物，生物可降解；第二，具有極高的模量、強(qiáng)度和張應(yīng)力，機(jī)械性質(zhì)可以和某些工程材料相媲美。有研究表明，納米纖維素晶體的楊式模數(shù)為150GPa左右，張應(yīng)力為10 GPa左右。
[0003]高分子材料聚偏氟乙烯因?yàn)榫哂袃?yōu)良的耐熱性、機(jī)械性能、耐輻射性、化學(xué)穩(wěn)定性等，所以作為一種膜材料有著很好的應(yīng)用前景。但由于聚偏氟乙烯表面能較低，所得聚偏氟乙烯膜具有很強(qiáng)的憎水性，當(dāng)其被應(yīng)用于水處理過程中時(shí)一方面需要很高的過膜壓力，另一方面這種膜通常很容易被原水中一些憎水性有機(jī)物所污染，膜污染所帶來的頻繁膜清洗不僅增加了技術(shù)的應(yīng)用成本，也大大縮短了膜的使用壽命，所有這些都影響著聚偏氟乙烯膜的推廣使用。減輕或緩解膜污染的途徑有很多，但改善和提高膜本身的性能無疑是最重要的一點(diǎn)，有著至關(guān)重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前偏氟乙烯膜表面能較低，所以具有很強(qiáng)的憎水性，使得膜材料在處理水基體系時(shí)易被污染、膜阻力大、通量小，大大縮短了膜的使用壽命的問題，提供了一種從秸桿中提取納米纖維素制備聚偏氟乙烯超濾膜的方法，本發(fā)明先從小麥秸桿中提取納米纖維素，將其加入到殼聚糖溶液中混合得懸浮液，將懸浮液和聚偏氟乙烯鑄膜液混合，經(jīng)過消泡、刮膜、風(fēng)干成膜，本發(fā)明利用納米纖維素較大的比表面積來增強(qiáng)偏氟乙烯膜的親水性能，提高其抗污染能力，從而制備出高透水性能、高化學(xué)穩(wěn)定性能及親水性較強(qiáng)的聚偏氟乙烯超濾膜。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)選取200?300g小麥秸桿，在太陽下暴曬1?2天，然后加入粉碎機(jī)中粉碎、過篩得70?80目粉末，將粉末放入索氏提取儀，按固液比1:8向其中加入丙酮-石油醚混合溶液，進(jìn)行抽提4?6h，抽提后過濾，將濾渣放入烘箱中，在60?70°C下干燥完全，所述的丙酮和石油醚比為1:3 ;
(2)取40?60g上述干燥后固體放入500mL燒杯中，按固液比1:6向杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%氫氧化鈉溶液，在400?450W功率下進(jìn)行微波加熱，加熱5?8min后過濾，用蒸餾水沖洗濾渣的濾液pH為7，然后將濾渣放入60?65 °C的烘箱中干燥6?8h ;
(3)取10?20g上述濾渣固體放入500mL三口燒瓶中，向瓶中加入150?170mL去離子水、15?20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水，放入水浴中，在85?90°C下攪拌50?60min，攪拌后過濾，再向?yàn)V渣中加入130?140mL去離子水，1.2?1.4g亞氯酸鈉，在75?85°C下攪拌30?40min，過濾得濾渣，用去離子水沖洗3?5次，向沖洗后的濾渣中加200?250mL蒸饋水?dāng)嚢杌旌系美w維素楽液，將楽液使用高壓均質(zhì)機(jī)在15?18MPa均質(zhì)壓力均質(zhì)1?3次，然后再在60?70MPa均質(zhì)壓力下均質(zhì)3?5次，將得到的樣品冷凍干燥，得納米纖維素；
(4)稱取15?20g殼聚糖粉末，加入800?1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%醋酸水溶液，攪拌混合后靜置溶脹2?3天，溶脹后繼續(xù)攪拌至完全溶解，用超聲波脫泡5?8min，得到殼聚糖溶液，取2?4g納米纖維素加入到殼聚糖溶液中，用超聲波在80?90Hz功率下進(jìn)行超聲分散20?25min，分散均勾后得懸浮液；
(5)取5?10g聚偏氟乙烯，先將其研磨成100?120目粉末，在加入到100?120mL二甲基亞砜溶劑中，在50?60°C下攪拌至固體完全溶解，得到透明鑄膜液，按體積比1:3將上述懸浮液加入到鑄膜液，攪拌混合均勻得共混鑄膜液，將其密封在65?75°C水浴中進(jìn)行脫泡30?36h，脫泡后均勻倒在潔凈的玻璃板上刮制成膜，在空氣中自然風(fēng)干24?30h，風(fēng)干后剝離即可得到聚偏氟乙烯超濾膜。
[0006]本發(fā)明的應(yīng)用方法:本發(fā)明制備出的聚偏氟乙烯超濾膜的水通量為680?720L/(m2.h)，可以應(yīng)用到飲水機(jī)中，對(duì)水進(jìn)行過濾處理，對(duì)水中懸浮物的截留率可達(dá)到99.9%，對(duì)細(xì)菌例如對(duì)于阿米巴(痢疾)、兼性寄生阿米巴(腦膜炎)、腸梨形蟲(胃腸功能紊亂腹瀉)、賈第蟲(腹瀉)等致病原生動(dòng)物分離率可以達(dá)到99.4?99.6%。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明利用納米纖維素較大的比表面積來增強(qiáng)偏氟乙烯膜的親水性能，提高抗污染能力；
(2)本發(fā)明制備出高透水性能、高化學(xué)穩(wěn)定性能及親水性較強(qiáng)的聚偏氟乙烯超濾膜。
【具體實(shí)施方式】
[0008]選取200?300g小麥秸桿，在太陽下暴曬1?2天，然后加入粉碎機(jī)中粉碎、過篩得70?80目粉末，將粉末放入索氏提取儀，按固液比1:8向其中加入丙酮-石油醚混合溶液，進(jìn)行抽提4?6h，抽提后過濾，將濾渣放入烘箱中，在60?70°C下干燥完全，所述的丙酮和石油醚比為1:3 ;取40?60g干燥后固體放入500mL燒杯中，按固液比1:6向杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%氫氧化鈉溶液，在400?450W功率下進(jìn)行微波加熱，加熱5?8min后過濾，用蒸餾水沖洗濾渣的濾液PH為7，然后將濾渣放入60?65°C的烘箱中干燥6?8h ;取10?20g濾渣固體放入500mL三口燒瓶中，向瓶中加入150?170mL去離子水、15?20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水，放入水浴中，在85?90°C下攪拌50?60min，攪拌后過濾，再向?yàn)V渣中加入130?140mL去離子水，1.2?1.4g亞氯酸鈉，在75?85°C下攪拌30?40min，過濾得濾渣，用去離子水沖洗3?5次，向沖洗后的濾渣中加200?250mL蒸餾水?dāng)嚢杌旌系美w維素漿液，將漿液使用高壓均質(zhì)機(jī)在15?18MPa均質(zhì)壓力均質(zhì)1?3次，然后再在60?70MPa均質(zhì)壓力下均質(zhì)3?5次，將得到的樣品冷凍干燥，得納米纖維素；稱取15?20g殼聚糖粉末，加入800?1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%醋酸水溶液，攪拌混合后靜置溶脹2?3天，溶脹后繼續(xù)攪拌至完全溶解，用超聲波脫泡5?8min，得到殼聚糖溶液，取2?4g納米纖維素加入到殼聚糖溶液中，用超聲波在80?90Hz功率下進(jìn)行超聲分散20?25min，分散均勻后得懸浮液；取5?10g聚偏氟乙烯，先將其研磨成100?120目粉末，在加入到100?120mL 二甲基亞砜溶劑中，在50?60°C下攪拌至固體完全溶解，得到透明鑄膜液，按體積比1:3將上述懸浮液加入到鑄膜液，攪拌混合均勻得共混鑄膜液，將其密封在65?75°C水浴中進(jìn)行脫泡30?36h，脫泡后均勻倒在潔凈的玻璃板上刮制成膜，在空氣中自然風(fēng)干24?30h，風(fēng)干后剝離即可得到聚偏氟乙烯超濾膜。
[0009]實(shí)例1
選取200g小麥秸桿，在太陽下暴曬1天，然后加入粉碎機(jī)中粉碎、過篩得70目粉末，將粉末放入索氏提取儀，按固液比1:8向其中加入丙酮-石油醚混合溶液，進(jìn)行抽提4h，抽提后過濾，將濾渣放入烘箱中，在60°C下干燥完全，所述的丙酮和石油醚比為1:3 ;取4(^干燥后固體放入500mL燒杯中，按固液比1:6向杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%氫氧化鈉溶液，在400W功率下進(jìn)行微波加熱，加熱5min后過濾，用蒸餾水沖洗濾渣的濾液pH為7，然后將濾渣放入60°C的烘箱中干燥6h ;取10g濾渣固體放入500mL三口燒瓶中，向瓶中加入150mL去離子水、15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水，放入水浴中，在85°C下攪拌50min，攪拌后過濾，再向?yàn)V渣中加入130mL去離子水，1.2g亞氯酸鈉，在75°C下攪拌30min，過濾得濾渣，用去離子水沖洗3次，向沖洗后的濾渣中加200mL蒸餾水?dāng)嚢杌旌系美w維素漿液，將漿液使用高壓均質(zhì)機(jī)在15MPa均質(zhì)壓力均質(zhì)1次，然后再在60MPa均質(zhì)壓力下均質(zhì)3次，將得到的樣品冷凍干燥，得納米纖維素；稱取15g殼聚糖粉末，加入800mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%醋酸水溶