CN103100311A

CN103100311A - 一种渗透蒸发脱水复合膜及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103100311A
Application number: CN2013100702692A
Authority: CN
Inventors: 吴洪; 周田田; 李宪实; 姜忠义
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明公开了一种渗透蒸发脱水复合膜及其制备方法和应用。该渗透蒸发脱水复合膜以聚丙烯腈超滤膜为基膜，基膜之上依次为瓜尔豆胶层和壳聚糖层；其制备方法步骤包括：配制质量浓度为0.05～3%的瓜尔豆胶溶液；乙酸水溶液及壳聚糖和戊二醛水溶液配制壳聚糖铸膜液；以聚丙烯腈超滤膜为基膜，在旋涂仪中依次旋涂瓜尔豆胶层和壳聚糖层得渗透蒸发脱水复合膜。该渗透蒸发脱水复合膜用于渗透蒸发乙醇脱水。本发明的优点在于，制备过程简单，条件温和，微结构可控，所制得的复合膜用于渗透蒸发乙醇脱水，分离性能优异，渗透通量达1.24kg/(m²h)，分离因子达1775.4。

Description

一种渗透蒸发脱水复合膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种渗透蒸发脱水复合膜及其制备方法和应用，属于膜技术领域。

背景技术

燃料乙醇作为一种新型的绿色清洁生物燃料，受到越来越多的关注，醇水分离技术因此也成为人们关注的焦点。渗透蒸发膜分离技术是一种新型的高效膜分离技术，因其过程绿色、设备简单、环境友好等优点，目前已被广泛地应用于醇水分离领域。

膜是渗透蒸发膜分离技术的关键部分，直接决定了分离的效率。按膜的结构来分渗透蒸发膜可分为均质膜和复合膜，均质膜为保持足够的机械性能常制备的较厚，渗透组分传质阻力较大；复合膜是由机械性能良好的支撑层与亲水分离层组成的。由于支撑层较分离层更为疏水，所以复合膜在实际使用过程中易出现界面相容性问题，即复合膜亲水的分离层和疏水支撑层在界面张力与溶胀差异下容易出现剥离现象，从而影响膜的寿命。为此，开发结构稳定、性能优良的复合膜对促进复合膜工业化具有重要意义。

根据粘合机理，如果找到一种具有超强粘合能力，同时又具有亲水特性的水溶性粘合剂，则可以应用于渗透蒸发复合膜界面的粘合调控。瓜尔豆胶是从豆科植物瓜尔豆的种子胚乳部分提取，作为一种天然粘合剂，瓜尔豆胶具有水溶性，天然可降解，粘度高，来源丰富等优点，可以很好地改善复合膜界面的粘合性能。瓜尔豆胶是一种非离子多糖，可溶于冷水中，其粘度为天然粘合剂中粘度最高，并且具有可调节性，粘度随水溶液的pH值的变化而变化，溶液呈中性时（pH=6~8）时粘度最高，pH大于10以后粘度迅速降低，pH从6至3.5时粘度逐渐降低，pH小于3.5，粘度随pH的降低而增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗透蒸发脱水复合膜及其制备方法和应用。该渗透蒸发脱水复合膜渗透通量和分离因子高，其制备方法简单，应用效果好。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种渗透蒸发脱水复合膜，其特征在于，该渗透蒸发脱水复合膜以聚丙烯腈超滤膜为基膜，基膜之上依次为厚度为100~200 nm的瓜尔豆胶层和厚度为80~120 nm的壳聚糖层；该渗透蒸发脱水复合膜的渗透通量达1.24 kg/(m²h)，分离因子达1775.4。

上述结构的渗透蒸发脱水复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将瓜尔豆胶加入到去离子水中，在温度50~95 ^oC及搅拌下配制成质量浓度为0.05~5.0％的溶液；再经滤除不溶物残渣和气泡，最终配成质量浓度为0.05~3%的瓜尔豆胶溶液；

2）向质量含量为2%的乙酸水溶液中，按该乙酸水溶液中乙酸与壳聚糖质量的1:1向乙酸水溶液中加入脱乙酰度为90.2%的壳聚糖，于温度50~90 ^oC水浴中搅拌下配制壳聚糖的均相水溶液，在室温下，按该壳聚糖的均相水溶液质量的0.5~5%，加入质量浓度为2.5%的戊二醛水溶液，再经搅拌，过滤除去杂质的到壳聚糖铸膜液；

3）将聚丙烯腈超滤膜基膜置入在旋涂仪中，以转速为500~5000转/分钟将步骤1）制的瓜尔豆胶溶液旋涂在基膜上，再经室温干燥得到在基膜上复合瓜尔豆胶层的复合膜；

4）将经步骤3）制的复合膜置入旋涂仪中，以转速为500~5000转/分钟将步骤2）制的壳聚糖铸膜液旋涂在复合瓜尔豆胶层的复合膜上，再经室温干燥得到由壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜构成的渗透蒸发脱水复合膜。

上述的渗透蒸发脱水复合膜或上述方法制备的渗透蒸发脱水复合膜的应用，用于渗透蒸发乙醇脱水。

本发明的优点在于，制备过程简单，条件温和，微结构可控。该方法利用天然植物粘合剂瓜尔豆胶作为聚丙烯腈支撑层与壳聚糖分离层间的过渡层，不仅起到粘合分离层与支撑层间的作用，还起到改善两层之间的相容性的作用，提高复合膜的稳定性。所制得的复合膜用于渗透蒸发乙醇脱水，分离性能优异。

附图说明

图1为本发明实施例1至5中不同瓜尔豆胶质量浓度制得的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量和分离因子的曲线图。图中:

Figure 2013100702692100002DEST_PATH_IMAGE001

-渗透通量g/(m²h)；

-分离因子。

图2为本发明实施例4中瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜的断面电镜图。

图3为本发明实施例4中壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜的断面电镜图。

具体实施方式

实施例1

将0.1 g瓜尔豆胶加入200 g的去离子水中，磁力搅拌1 h，然后85 ^oC水浴10 min，使粉末在水中充分溶解，冷却至室温，用纱布滤除不溶物残渣和气泡，配制成质量百分比0.05%的瓜尔豆胶水溶液，静置待用。将4 g脱乙酰度为90.2%的壳聚糖加入到含4 g乙酸的2%的196g乙酸水溶液中，置于80 ^oC水浴中搅拌下至壳聚糖完全溶解，得到200 g壳聚糖含量为2 wt.%的均相水溶液。冷却至室温，加入1.6584 g 戊二醛水溶液（2.5 wt.%），搅拌1 h，使壳聚糖与戊二醛在均相条件下交联完全，用纱布过滤除去杂质。将聚丙烯腈超滤膜固定在有机玻璃盘上，放入旋涂仪中，将所制备的瓜尔豆胶水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的聚丙烯腈超滤膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。干燥后放入旋涂仪中，将所制备壳聚糖水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。测得含此瓜尔豆胶浓度的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量为1.15 kg/(m²h)，分离因子为579.4。

实施例2

将0.2 g瓜尔豆胶加入200 g的去离子水中，磁力搅拌1 h，然后85 ^oC水浴10 min，使粉末在水中充分溶解，冷却至室温，用纱布滤除不溶物残渣和气泡，配制成质量百分比0.1%的瓜尔豆胶水溶液，静置待用。将4 g脱乙酰度为90.2%的壳聚糖加入到含4 g乙酸的2%的196g乙酸水溶液中，置于80 ^oC水浴中搅拌下至壳聚糖完全溶解，得到200 g壳聚糖含量为2 wt.%的均相水溶液。冷却至室温，加入1.6584 g 戊二醛水溶液（2.5 wt.%），搅拌1 h，使壳聚糖与戊二醛在均相条件下交联完全，用纱布过滤除去杂质。将聚丙烯腈超滤膜固定在有机玻璃盘上，放入旋涂仪中，将所制备的瓜尔豆胶水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的聚丙烯腈超滤膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。干燥后放入旋涂仪中，将所制备壳聚糖水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。测得含此瓜尔豆胶浓度的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量为1.24 kg/(m²h)，分离因子为504.5。

实施例3

将1 g瓜尔豆胶加入200 g的去离子水中，磁力搅拌1 h，然后85 ^oC水浴10 min，使粉末在水中充分溶解，冷却至室温，用纱布滤除不溶物残渣和气泡，配制成质量百分比0.5%的瓜尔豆胶水溶液，静置待用。将4 g脱乙酰度为90.2%的壳聚糖加入到含4 g乙酸的2%的196g乙酸水溶液中，置于80 ^oC水浴中搅拌下至壳聚糖完全溶解，得到200 g壳聚糖含量为2 wt.%的均相水溶液。冷却至室温，加入1.6584 g 戊二醛水溶液（2.5 wt.%），搅拌1 h，使壳聚糖与戊二醛在均相条件下交联完全，用纱布过滤除去杂质。将聚丙烯腈超滤膜固定在有机玻璃盘上，放入旋涂仪中，将所制备的瓜尔豆胶水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的聚丙烯腈超滤膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。干燥后放入旋涂仪中，将所制备壳聚糖水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。测得含此瓜尔豆胶浓度的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量为1.10 kg/(m²h)，分离因子为813.1。

实施例4

将2 g瓜尔豆胶加入200 g的去离子水中，磁力搅拌1 h，然后85 ^oC水浴10 min，使粉末在水中充分溶解，冷却至室温，用纱布滤除不溶物残渣和气泡，配制成质量百分比1%的瓜尔豆胶水溶液，静置待用。将4 g脱乙酰度为90.2%的壳聚糖加入到含4 g乙酸的2%的196g乙酸水溶液中，置于80 ^oC水浴中搅拌下至壳聚糖完全溶解，得到200 g壳聚糖含量为2 wt.%的均相水溶液。冷却至室温，加入1.6584 g 戊二醛水溶液（2.5 wt.%），搅拌1 h，使壳聚糖与戊二醛在均相条件下交联完全，用纱布过滤除去杂质。将聚丙烯腈超滤膜固定在有机玻璃盘上，放入旋涂仪中，将所制备的瓜尔豆胶水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的聚丙烯腈超滤膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。干燥后放入旋涂仪中，将所制备壳聚糖水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。测得含此瓜尔豆胶浓度的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量为1.01 kg/(m²h)，分离因子为1775.4。

实施例5

将6 g瓜尔豆胶加入200 g的去离子水中，磁力搅拌1 h，然后85 ^oC水浴10 min，使粉末在水中充分溶解，冷却至室温，用纱布滤除不溶物残渣和气泡，配制成质量百分比3%的瓜尔豆胶水溶液，静置待用。将4 g脱乙酰度为90.2%的壳聚糖加入到含4 g乙酸的2%的196g乙酸水溶液中，置于80 ^oC水浴中搅拌下至壳聚糖完全溶解，得到200 g壳聚糖含量为2 wt.%的均相水溶液。冷却至室温，加入1.6584 g 戊二醛水溶液（2.5 wt.%），搅拌1 h，使壳聚糖与戊二醛在均相条件下交联完全，用纱布过滤除去杂质。将聚丙烯腈超滤膜固定在有机玻璃盘上，放入旋涂仪中，将所制备的瓜尔豆胶水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的聚丙烯腈超滤膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。干燥后放入旋涂仪中，将所制备壳聚糖水溶液取10g倾倒在转速为2000转/分钟的瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜上旋涂制膜，后置于通风橱中室温干燥得到壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜。测得含此瓜尔豆胶浓度的壳聚糖-瓜尔豆胶-聚丙烯腈超滤膜复合膜渗透通量为0.56 kg/(m²h)，分离因子为1424.7。

Claims

1.一种渗透蒸发脱水复合膜，其特征在于，该渗透蒸发脱水复合膜以聚丙烯腈超滤膜为基膜，基膜之上依次为厚度为100~200 nm的瓜尔豆胶层和厚度为80~120 nm的壳聚糖层；该渗透蒸发脱水复合膜的渗透通量达1.24 kg/(m²h)，分离因子达1775.4。

2.一种按权利要求1所述的渗透蒸发脱水复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3）将聚丙烯腈超滤膜基膜置入旋涂仪中，以转速为500~5000转/分钟将步骤1）制的瓜尔豆胶溶液旋涂在基膜上，再经室温干燥得到在基膜上复合瓜尔豆胶层的复合膜；

3. 一种按权利要求1所述的渗透蒸发脱水复合膜或按权利要求2所制备的渗透蒸发脱水复合膜的应用，用于渗透蒸发乙醇脱水。