CN105536567B - 一种海鞘纳米纤维素超滤膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海鞘纳米纤维素超滤膜的制备方法。该方法用酸解法制备海鞘纳米纤维素水悬浮液，以普通滤膜为基底，将海鞘纳米纤维素水悬浮液抽滤形成超滤膜。该超滤膜可以通过酸、碱、盐等电解质控制其孔径大小，从而分离尺寸不同的微纳米颗粒。本专利还公布了该超滤膜在蛋白质浓缩和油水分离等方面的应用。本发明方案制备的海鞘纳米纤维素超滤膜可以有效分离乳化油和蛋白质，而且制备方法简单易行、成本低、无毒性。

Description

一种海鞘纳米纤维素超滤膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种海鞘纳米纤维素超滤膜及其制备方法和应用，属于化学化工、高分子功能材料领域。

背景技术

含油废水是常见的环境污染源之一，严重威胁着人类的健康和社会的发展。无论是水处理还是油类回收都需要对含油废水进行有效分离。油类根据在含油废水中存在状态的不同分为浮油、分散油、乳化油。传统的油水分离方法如重力分离、离心分离、浮选法、粗粒化法只能有效分离浮油和分散油，而乳化油由于处于稳定状态且油滴粒径较小（小于10μm）很难被有效分离。常用的化学凝聚、电解、电磁吸附等处理乳化油的方法存在耗能高、耗时长、工艺复杂等问题。而蛋白质、细菌、病毒等的分离要求分离方法无破坏性。因此超滤成为一种高效优质的分离方法。现在使用的超滤膜一般是合成的高分子（如聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯）膜和陶瓷膜。合成高分子超滤膜通常需要使用有害的试剂和凝聚剂来实现相转变，而陶瓷膜质量大，难处理，制备成本高。

海鞘纤维素来源于尾索动物海鞘的背囊, 是迄今为止被发现唯一来自于动物的纤维素。海鞘纳米纤维素最常用制备方法是酸解法, 由于海鞘纤维素聚集态结构在结晶区和非晶区，而非晶区更易受到外力的破坏, 经酸解除去非晶区保留结晶, 得到海鞘纳米纤维素。海鞘纳米纤维素直径10-30 nm，长度可达3μm，弹性模量高达150GPa，由于其具有纳米尺寸，优异力学性能及其可再生可降解的特点，在超滤膜的运用中可广泛使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种海鞘纳米纤维素超滤膜及其制备方法和应用。

本发明的海鞘纳米纤维素超滤膜，是由海鞘纳米纤维素水分散液抽滤制得。所述海鞘纳米纤维素水分散液中海鞘纳米纤维素含量为0.01wt%～5wt%。

本发明的海鞘纳米纤维素超滤膜的制备方法，以滤膜为基底，用浓度为0.01wt%～5wt%海鞘纳米纤维素水分散液抽滤成膜。

作为基底的滤膜孔径为0.22～0.45μm。

所述的海鞘纳米纤维素水分散液，是从海鞘背囊中提取海鞘纤维素，经酸解、离心洗涤，透析至电导率不变而得到。用于水解海鞘纤维素的酸包括但不限于：硫酸、盐酸、醋酸、磷酸等。优选为硫酸。

本发明的海鞘纳米纤维素超滤膜可以用于蛋白质浓缩和油水分离。

本发明为克服现有技术的缺点和不足，提供的海鞘纳米纤维素表面带电荷, 因此海鞘纳米纤维素之间存在静电斥力，通过酸、碱、盐等电解质在抽滤成膜后冲洗海鞘纳米纤维素，改变海鞘纳米纤维素之间的作用，从而调控超滤膜的孔径，实现选择性分离尺寸不同的微纳米颗粒。该滤膜制备方法简单、成本低、可生物降解，能有效快速地分离乳化油、蛋白质、细菌、病毒等微纳米颗粒。

与已有技术相比较，本发明具有创新如下：

本发明以天然高分子纤维素为原料，可循环再生，具有生物降解性。使用酸解得到海鞘纳米纤维素水分散液，直接抽滤成膜，制备过程简单、快速、方便、低成本、无污染。此外，硫酸水解得到的海鞘纳米纤维素表面会带有磺酸酯基, 因此海鞘纳米纤维素之间存在静电斥力，通过酸、碱、盐等电解质在成膜过程中冲洗海鞘纳米纤维素，改变海鞘纳米纤维素之间的作用，从而增大超滤膜的孔径，实现选择性分离尺寸不同的微纳米颗粒。

附图说明

图1是实施例6中海鞘纤维素纳米晶体经0.3wt%氯化钠溶液处理前（a）后（b）超滤膜的扫描电镜图。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应该理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或者条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别声明，实施例中所用的技术手段为本领域人员所熟知的常规手段。

实施例1

将海鞘解剖后得到背囊500g（湿重）用1.5L 5 wt%的NaOH溶液80 ℃处理24 h，用去离子水洗至中性后再按同样方式碱处理2次。用1.5L1.2wt%的H₂O₂溶液在弱碱性条件下（pH为8~9）80 ℃漂白，每隔3h补加30g 30%H₂O₂，反应12h后用去离子水冲洗，烘干、打碎后得到纯化的25g。为制备海鞘纳米纤维素水悬浮液，10 g 海鞘纤维素分散在500 g 65 wt% 硫酸中70 ℃水解2 h，反应液稀释10倍，10000rpm转速下不断离心洗涤至上层液体浑浊后对水透析至电导率不变。悬浮液用旋蒸浓缩到一定浓度，用重量法测得浓度为3%。

实施例2

将0.01 wt%海鞘纳米纤维素水悬浮液20 mL，用孔径为0.22μm普通滤膜，抽滤制成海鞘纳米纤维素超滤膜。超滤膜的厚度为2μm，孔径≤30 nm。用该超滤膜分离浓度为10 mg/mL的牛血清蛋白，分离率为80%。此外，用该超滤膜进行乳化油分离测试，分离异辛烷与水按质量比1:99的微乳液，超滤膜有利于破乳或油滴凝结，有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。该滤膜的分离效率为90%，流通量为7710 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。

实施例3

将0.5 wt%海鞘纳米纤维素水悬浮液3 mL，用孔径为0.22μm普通滤膜，抽滤制成海鞘纳米纤维素超滤膜。超滤膜的厚度为9μm，孔径≤30 nm。用该超滤膜分离浓度为10 mg/mL的牛血清蛋白，分离率为90%。此外，用该超滤膜进行乳化油分离测试，分离异辛烷与水按质量比1:99的微乳液，超滤膜有利于破乳或油滴凝结，有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。该滤膜的分离效率为99%，流通量为2100L·m^-2·h^-1·MPa^-1。

实施例4

将0.5 wt%海鞘纳米纤维素水悬浮液3 mL，用孔径为0.45 μm普通滤膜，抽滤制成海鞘纳米纤维素超滤膜。超滤膜的厚度为9μm，孔径≤30 nm。用该超滤膜分离浓度为10 mg/mL的牛血清蛋白，分离率为90%。此外，用该超滤膜进行乳化油分离测试，分离异辛烷与水按质量比1:99的微乳液，超滤膜有利于破乳或油滴凝结，有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。该滤膜的分离效率为99%，流通量为2100L·m^-2·h^-1·MPa^-1。

实施例5

将0.5 wt%海鞘纳米纤维素水悬浮液9 mL，用孔径为0.22μm普通滤膜，抽滤制成海鞘纳米纤维素超滤膜。超滤膜的厚度为27μm，孔径≤30 nm。用该超滤膜分离浓度为10 mg/mL的牛血清蛋白，分离率为97%。此外，用该超滤膜进行乳化油分离测试，分离异辛烷与水按质量比1:99的微乳液，超滤膜有利于破乳或油滴凝结，有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。该滤膜的分离效率为100%，流通量为590L·m^-2·h^-1·MPa^-1。

实施例6

将0.5 wt%海鞘纳米纤维素水悬浮液1 mL，用孔径为0.22μm普通滤膜抽滤，然后用0.3wt%氯化钠溶液冲洗得到海鞘纳米纤维素超滤膜。超滤膜的厚度为10 μm，孔径＜100nm。用该超滤膜分离浓度为10 mg/mL的牛血清蛋白，分离效果不显著。用该超滤膜进行乳化油分离测试，分离异辛烷与水按质量比1:99的微乳液，超滤膜有利于破乳或油滴凝结，有效截留乳化油滴，达到油水分离目的。该滤膜的分离效率为90%，流通量为5250L·m^-2·h^-1·MPa^-1。

Claims (7)

1.海鞘纳米纤维素超滤膜用于油水分离的用途，所述海鞘纳米纤维素超滤膜，由海鞘纳米纤维素水分散液抽滤制得，所述海鞘纳米纤维素水分散液是从海鞘背囊中提取海鞘纤维素，经酸解、离心洗涤，透析至电导率不变而得到。

2.权利要求1所述的用途，其特征在于，所述海鞘纳米纤维素超滤膜，以滤膜为基底，用浓度为0.01wt%～5wt%海鞘纳米纤维素水分散液抽滤成膜，所述海鞘纳米纤维素水分散液是从海鞘背囊中提取海鞘纤维素，经酸解、离心洗涤，透析至电导率不变而得到。

3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，作为基底的滤膜孔径为0.22～0.45μm。

4.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，通过电解质在抽滤成膜后冲洗海鞘纳米纤维素，从而调控超滤膜的孔径。

5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，所述电解质为酸、碱或盐。

6.根据权利要求4或5所述的用途，其特征在于，通过0.3wt%氯化钠溶液在抽滤成膜后冲洗海鞘纳米纤维素，从而增大超滤膜的孔径。

7.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，用于水解海鞘纤维素的酸包括硫酸、盐酸、醋酸或磷酸。