一种纤维素超滤膜制备方法技术

一种纤维素超滤膜制备方法，涉及纤维素超滤膜。先将纤维素溶解于氧化甲基吗啉水溶液中，配制成纤维素溶液，纤维素溶液中纤维素的质量浓度为0.001%～1%；然后将纤维素溶液冷冻至氧化甲基吗啉水溶液的凝固点以下，纤维素溶液由液体冷冻成固体；再将该固体置于纤维素的非溶剂中直至固体溶解，获得纤维素制膜液；选择一种多孔滤膜作为支撑层，在压力差条件下，将所得纤维素制膜液过滤在支撑层上，经自由堆积形成纳米孔纤维素皮层，获得由支撑层和纳米孔纤维素皮层组成的纤维素超滤复合膜，即纤维素超滤膜。制备方法简单，可操作性好。制备的纤维素分离效率高、皮层厚度可调、抗污染、耐溶剂性好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及纤维素超滤膜。先将纤维素溶解于氧化甲基吗啉水溶液中，配制成纤维素溶液，纤维素溶液中纤维素的质量浓度为0.001%～1%；然后将纤维素溶液冷冻至氧化甲基吗啉水溶液的凝固点以下，纤维素溶液由液体冷冻成固体；再将该固体置于纤维素的非溶剂中直至固体溶解，获得纤维素制膜液；选择一种多孔滤膜作为支撑层，在压力差条件下，将所得纤维素制膜液过滤在支撑层上，经自由堆积形成纳米孔纤维素皮层，获得由支撑层和纳米孔纤维素皮层组成的纤维素超滤复合膜，即纤维素超滤膜。制备方法简单，可操作性好。制备的纤维素分离效率高、皮层厚度可调、抗污染、耐溶剂性好。【专利说明】
本专利技术涉及纤维素超滤膜，尤其是涉及用于流体分离的。
技术介绍
随着我国国民经济的快速发展，水资源匮乏和水污染日益严重，已成为制约我国社会进步和经济发展的瓶颈。膜技术作为一种绿色、节能的新兴产业技术，是解决资源型缺水和水质型缺水问题的重要技术，已成为水处理的主流技术。超滤是一种以压力差为驱动力，根据物质大小的不同，利用筛分机理截留大分子溶质，实现与溶剂或小分子溶质分离的膜分离过程，是膜法污水处理的主力军。超滤膜的有效孔径一般在2?IOOnm之间，利用超滤膜表面微孔的筛选作用，可以实现对不同分子量物质的分离、提纯，对微粒、胶体、细菌和多种有机物的去除具有较好的效果，近年来广泛应用于水处理、食品、电子、化工、石油、环境、医药和生物技术等相关领域。高分子膜是商品超滤膜的主要组成部分，通常由相转化过程或涂敷方法制备，相应地获得一体化非对称膜或复合膜。这些膜通常存在孔径分布宽和分离层厚度大的不足，从而导致膜的截留率低、膜内截留物损失大和通量小，几纳米孔径的膜尤为严重。一体化非对称膜经同种材料一次成型制得，由分离层(皮层)、过渡层和支撑层组成，孔径分布宽、过滤阻力大；复合膜通过在大孔撑层上涂敷铸膜液层后再经相转化过程制得，由分离层和支撑层组成，孔径分布宽、膜过滤阻力小，但涂敷过程中铸膜液易发生孔渗现象致有效分离层厚度增加，不能充分发挥复合膜高通量的优势。目前，最大的挑战在于孔径精确调控和皮层超薄化制备通量高、分离效率好、数纳米孔径的高分子超滤膜。近年来，科技工作者主要集中于精确调控膜孔径，获得了多种孔径分布窄的高分子超滤膜及其制备方法。例如，嵌段高分子自组装法精确制备孔径为5?50nm的超滤膜，可溶出模板法制备孔径大于15nm且分布较窄的高分子超滤膜，超分子自组装法制备截留孔径约5nm、可回收的超分子超滤膜。尽管这些方法成功获得孔径分布窄的超滤膜，但通量仍有待提高。超薄化是制备高通量分离膜的直接、高效的途径。根据Carman-Kozeny过滤理论,超滤膜的通量与有效分离层的厚度层反比，即分离层越薄，则渗透通量越大。最近，研究者报道了几种高性能超薄化超滤膜，其研究成果发表于Nature、Science、Nature Nanotechnology等国际顶级杂志，受到科学家广泛关注。与传统超滤膜相比，这些膜由超薄分离层和大孔支撑构成，具有超高通量。这些研究工作大多于无机膜的研究，数纳米孔径的超薄高分子超滤膜却鲜有报道。目前，还未见成膜过程简单、工艺易于实现的数纳米孔径的超薄高分子超滤膜的制备方法。此外，化学、化工、石油化工等领域急需耐溶剂的高性能超滤膜，特别是处理丙酮、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃等强溶剂溶液。纤维素是一种天然高分子材料、由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖，具有不溶于水及一般有机溶剂的特性。纤维素作为膜材料具有绿色、经济、环保等优势，同时其耐溶剂性突出。因此，如何在数纳米孔径范围内，制备孔径分布窄、传质阻力小、超高渗透通量、耐溶剂性好、截留率高等优点的纤维素超滤膜，而且工艺简单、易于工程放大的的制备方法，具有重要的工业应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供分离效率高、皮层厚度可调、抗污染、耐溶剂性好，截留孔径小于15nm、溶剂通量大于1500L.n^dar—1,且制备方法简单、可操作性好的用于流体分离的。本专利技术包括以下步骤:I)纤维素制膜液的制备:先将纤维素溶解于氧化甲基吗啉水溶液中，配制成纤维素溶液，纤维素溶液中纤维素的质量浓度为0.001%~1% ;然后将纤维素溶液冷冻至氧化甲基吗啉水溶液的凝固点以下，纤维素溶液由液体冷冻成固体；再将该固体置于纤维素的非溶剂中直至固体溶解，获得纤维素制膜液；2)纤维素超滤膜的制备:选择一种多孔滤膜作为支撑层，在压力差条件下，将步骤I)所得纤维素制膜液过滤在支撑层上，经自由堆积形成纳米孔纤维素皮层，获得由支撑层和纳米孔纤维素皮层组成的纤维素超滤复合 膜，即本专利技术所述纤维素超滤膜。在步骤I)中，所述纤维素可为微晶纤维素、棉短绒、纤维素粉末等天然纤维素产品；所述氧化甲基吗啉水溶液中水的质量百分比含量为5%~25%，所述非溶剂可为单组分溶剂或混合溶剂，非溶剂可为水、甲醇、乙醇等中的至少一种；所得纤维素制膜液中的纤维素以纳米纤维或纳米片的形式存在，所述氧化甲基吗啉水溶液在纤维素制膜液中的质量百分含量可为5%~20% ;所述固体溶解后，最好再经超声分散、超声破碎后，这样可获得分散性更好的纤维素制膜液。在步骤2)中，作为支撑层的多孔滤膜可为微滤膜或超滤膜，结构可为平板膜、管式膜或中空纤维膜；所述过滤可采用真空抽滤或加压过滤的方式，所制得的纤维素超滤膜的截留孔径为8~15nm、孔隙率高于30%，厚度为0.05~2μπι，溶剂通量大于1500L 所制得的纤维素超滤膜可用于水溶液有机溶液过滤；基于多孔滤膜的形状，所制得的纤维素超滤膜的结构可为平板膜、中空纤维膜或管式膜。与现有技术比较，本专利技术的有益效果如下:本专利技术所述制备方法工艺简单，可操作性好。制备的纤维素超滤膜性能优异，经检测具有分离效率高、皮层厚度可调、抗污染、耐溶剂性好，截留孔径小于15nm、溶剂通量大于1500L.m^h^bar-1等特点，在水溶液及有机溶剂分离体系均具有广泛的应用前景。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1中所制纤维素超滤膜表面的SEM照片。图2为本专利技术实施例1中所制纤维素超滤膜断面的SEM照片。图3为本专利技术实施例4中所制纤维素纳米片的SEM照片。图4为本专利技术实施例4中所制纤维素纳米片超滤膜表面的SEM照片。图5为本专利技术实施例4中所制纤维素纳米片超滤膜断面的SEM照片。图6为本专利技术实施例5中所制纤维素纳米纤维的TEM照片。图7为本专利技术实施例5中所制纤维素纳米纤维超滤膜表面的SEM照片。图8为本专利技术实施例5中所制纤维素纳米纤维超滤膜断面的SEM照片。【具体实施方式】实施例1120°C时将α -纤维素溶解于氧化甲基吗啉溶液(含水14.3%)中，配制成浓度为0.01%的纤维素溶液；然后将5g纤维素溶液在液氮中急冻成固体,随后将该固体置于95g零下40°C的乙醇中直至固体溶解，最终获得IOOg纤维素浓度为0.001%制膜液。选择截留孔径为0.2μπι聚四氟乙烯微滤膜为支撑层，将该滤膜置于玻璃膜过滤器上，在SOkPa压差下4mL纤维素制膜液过滤在微滤膜上经自由堆积形成纳米孔纤维素皮层，获得由微滤膜和纤维素皮层的纤维素超滤膜。经SEM观察，超滤膜表面平整，皮层已完全覆盖了支撑层，且皮层厚度约200纳米，如图1和2所示。在SOkPa压差下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素超滤膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）纤维素制膜液的制备先将纤维素溶解于氧化甲基吗啉水溶液中，配制成纤维素溶液，纤维素溶液中纤维素的质量浓度为0.001%～1%；然后将纤维素溶液冷冻至氧化甲基吗啉水溶液的凝固点以下，纤维素溶液由液体冷冻成固体；再将该固体置于纤维素的非溶剂中直至固体溶解，获得纤维素制膜液；2）纤维素超滤膜的制备选择一种多孔滤膜作为支撑层，在压力差条件下，将步骤1）所得纤维素制膜液过滤在支撑层上，经自由堆积形成纳米孔纤维素皮层，获得由支撑层和纳米孔纤维素皮层组成的纤维素超滤复合膜，即所述纤维素超滤膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋根，邓超，刘庆林，朱爱梅，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35