CN101869810A - 一种新型复合微滤膜的制备方法 - Google Patents

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周小凡
杜炜
马金霞
吴伟兵
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Abstract

本发明属于制浆造纸技术与膜分离技术交叉领域，特别涉及在纸质多孔基膜上涂覆一层致密细菌纤维薄膜的复合制膜技术。本发明是将植物纤维利用造纸工艺，制得的多孔纸质基膜，将分散均匀的细菌纤维通过复合抄造或者涂布，在纸质多孔基膜上涂覆一层致密薄膜层，通过高温烘干处理得到平均孔径为0.01～10um的微滤膜。将造纸工艺与传统微滤膜制备工艺相结合，简化生产过程，降低生产成本。细菌纤维为新型成膜材料，它具有较高纯度、结晶度和强度，以及较好亲水性、合成可控性和生物相容及生物降解性，是一种环境友好型成膜材料。

Description

一种新型复合微滤膜的制备方法
一、技术领域：
本发明涉及一种新型复合微孔滤膜的制备方法，具体涉及在纸质多孔基膜上涂覆一层致密细菌纤维薄膜的复合制膜技术，有利于简化制膜方法，降低制膜成本，属于制浆造纸技术与膜分离技术交叉领域。
二、背景技术：
膜分离技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门新型、多学科交叉的分离技术。膜分离是利用特殊制造的具有选择透过性的膜，根据混合物中组分的物理或化学性质的不同，以压力差、浓度差、电位差等作为推动力进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离方法。膜科学与技术虽然已经获得长足进展，但离成熟还有相当一段距离，在理论和应用上仍有许多工作要做。此外，在很多十分重要的领域应用潜力极大，市场前景诱人。因此，21世纪的膜分离技术，具有十分广阔的研究开发空间。
在工业化的膜过程中，微滤(MicroFiltration，MF)所占的比例最大，其总销售额大于其他所有膜过程的销售额之和，因此微孔滤膜开发市场前景广阔。微滤是筛分过程，它属于精密过滤。精密过滤是指滤除0.1～10um微粒的过滤技术，可分为表面型和深层型两类，MF属于后者，因膜孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。目前已商品化的微孔膜材质主要有：纤维素酯类、聚酰胺类、聚砜类、含氟材料类(聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯)、聚碳酸酯和聚酯类、聚烯烃类和无机材料类。
微孔滤膜的制备方法有很多种。不同的制膜材料需要不同的制造工艺和工艺参数。相同的膜材料，如果选用不同的制膜工艺和工艺参数，其形态结构及性能也有较大的差别。因此，选择合理的制膜工艺和最佳的工艺参数是制作性能优良微孔滤膜的重要保证。微孔滤膜的制备方法主要有相转化法、拉伸法、溶出法、烧结法和核径迹法等。
综合考虑目前微孔滤膜的膜材料研究及应用状况，发现大多数制膜的过程都比较复杂，造成膜的成本居高不下，在一定程度上限制了其大规模的工业应用，而且高分子膜材料都存在降解难的问题，所以寻找新的制膜材料，研究新的制膜方法以降低成本，简化制膜的过程是很有必要的。本发明研究初衷是研究开发一种价格低廉、生产工艺简单、性能优良的环保型微孔滤膜。
植物纤维过滤材料在污染控制和环境治理中的应用越来越广泛，成本较低。以植物纤维为原料，采用纸张生产工艺和纸张后加工工艺，制备出多孔支撑层，再选用强度高、亲水性好、生物相容及生物降解性强的环境友好型细菌纤维为成膜材料，采用过滤复合工艺制备表面分离薄层，将成熟的造纸及加工纸工艺与微孔滤膜的制备工艺相结合，制备出纸质复合微滤膜。
三、发明内容：
本发明的目的是克服背景技术中的不足而提供一种新型复合微孔滤膜的制备方法。
本发明包括以下各步骤：
(1)将植物纤维原料利用造纸工艺制得多孔纸质基膜；
(2)将细菌纤维素在0.1％～10％浓度下利用分散疏解设备分散成均匀；
(3)将分散均匀的细菌纤维素利用复合抄造设备或涂布设备涂覆于多孔纸质基膜表面制得复合膜；
(4)将复合膜在60℃～125℃下烘干，得到复合微孔滤膜。
本发明的优点在于：
本发明提出一种新复合微孔滤膜制备方法，采用过滤复合的方式使细菌纤维在纸质多孔基膜表面形成致密的薄膜层，与传统微孔滤膜制备方法相比有以下优点：
(1)将造纸工艺与传统微滤膜制备工艺相结合，制膜方法简单，可以利用现有造纸设备进行生产，无需额外设备投资。
(2)以纸为基膜，由于纤维纸的生产成本低，与目前作为超滤膜基膜的聚砜膜，聚醚砜膜等基质膜相比，成本降低。
(3)植物纤维是可再生资源，降低成本的同时，也起到了环保的作用。
(4)以细菌纤维为新型成膜材料，它具有较高纯度、结晶度和强度，以及较好亲水性、合成可控性和生物相容及生物降解性，是一种环境友好型成膜材料。
四、具体实施方式
实施例1
原料：化学漂白热磨阔叶浆、木醋杆菌静态态发酵细菌纤维素；助剂：湿强剂PEA；设备：PTI抄片机、辊式涂布机。化学漂白热磨阔叶浆，叩解度15°SR，湿强剂APE加入量2.0％(占绝干纤维)，抄造定量为90g/m2纸质多孔基膜，最大孔径小于20um，纯水透过量53106L/m2h；1％的细菌纤维素，疏解机中疏解10000转，细菌纤维素涂布量6g/m2，在105℃下烘干30s。细菌纤维复合微滤膜过滤性能如下：
  最大孔径   平均孔径   0.03～2um碳酸钙截留率   酿酒级酵母截留率   纯水透过量
  um   um   ％   ％   L/m2h
  2.0   0.2   95.82   98   1092
实施例2
原料：化学漂白热磨阔叶浆、木醋杆菌动态态发酵细菌纤维素；助剂：湿强剂PEA；设备：PTI抄片机、复合抄造机。化学漂白热磨阔叶浆，叩解度15°SR，湿强剂APE加入量2.0％(占绝干纤维)，抄造定量为90g/m2纸质多孔基膜，最大孔径小于20um，纯水透过量53106L/m2h；1％的细菌纤维素，疏解机中疏解10000转，细菌纤维素复合量8g/m2，在105℃下烘干30s。细菌纤维复合微滤膜过滤性能如下：
  最大孔径   平均孔径   0.03～2um碳酸钙截留率   酿酒级酵母截留率   纯水透过量
  um   um   ％   ％   L/m2h
  1.5   0.1   98.6   100   843
实施例3
原料：化学漂白热磨阔叶浆、木醋杆菌静态态发酵细菌纤维素；助剂：湿强剂PEA；设备：PTI抄片机、复合抄造机。化学漂白热磨阔叶浆，叩解度15°SR，湿强剂APE加入量2.0％(占绝干纤维)，抄造定量为90g/m2纸质多孔基膜，最大孔径小于20um，纯水透过量53106L/m2h；1％的细菌纤维素，疏解机中疏解10000转，细菌纤维素复合量4g/m2，在105℃下烘干30s。细菌纤维复合微滤膜过滤性能如下：
  最大孔径   平均孔径   0.03～2um碳酸钙截留率   酿酒级酵母截留率   纯水透过量
  um   um   ％   ％   L/m2h
  3.0   0.5   90.3   93   1584

Claims (7)

1.一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：
(1)将植物纤维原料利用造纸工艺制得多孔纸质基膜；
(2)将细菌纤维素在0.1％～10％浓度下利用分散疏解设备分散成均匀；
(3)将分散均匀的细菌纤维素利用复合抄造设备或涂布设备涂覆于多孔纸质基膜表面制得复合膜；
(4)将复合膜在60℃～125℃下烘干，得到复合微孔滤膜。
2.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中植物纤维原料包括机械浆、化学浆和半化学浆中的一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中纸质多孔基膜的最大孔径小于20um，平均孔径在5um～20um之间，纯水透过量大于20000L/m2h，抗张强度＞0.5kN/m，湿抗张强度＞0.2kN/m，耐破度＞100kPa，湿耐破度＞60kPa。
4.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中细菌纤维素包括各种动态发酵生产和静态发酵生产的细菌纤维。
5.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中分散疏解设备包括各种纤维疏解机与打浆机。
6.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中复合抄造设备包括多圆网纸机、多长网纸机、长圆网混合纸机、串联成形器纸机、长网叠网成形器纸机。
7.根据权利要求1一种新型复合微孔滤膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中涂布设备包括辊式涂布机、气刀涂布机和刮刀涂布机。
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