CN110339717A - 基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,依次包括聚酰胺分离层、聚砜支撑层和粘胶纤维基层,所述粘胶纤维基层使用石墨烯改性制得,所述粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.1%~5%。本发明采用石墨烯对粘胶纤维进行改性,使粘胶纤维具有优秀的抗菌性能和物理特性,并利用改性后的粘胶纤维衬底作为反渗透膜的基层,充分结合了石墨烯与粘胶纤维的特性,粘胶纤维本身具有大量的羟基,易于乙酰化形成疏水基团而与聚砜支撑层产生更好的结合力,且天然粘胶纤维为多孔纤维,具有辅助吸附杂质的功能,而被改性后的粘胶纤维还具有强大的抗菌效果,避免了对分离层改性导致过影响滤效果。
Description
技术领域
本发明属于反渗透膜技术领域,特别涉及基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜。
背景技术
反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜,是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小,因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。
反渗透膜作为净水器的核心过滤元件,不仅需要具有优秀的杂质过滤性能,同时针对其过滤饮用水的功能来说,应同时具有一定的抗菌效果。反渗透膜一般由基层、支撑层和分离层构成,为了满足抗菌效果,研发人员通常对分离层进行改性使其具有抗菌效果,但是改性后的分离层结构会发生改变,会对其过滤效果产生影响。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题,提供基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,依次包括聚酰胺分离层、聚砜支撑层和粘胶纤维基层,所述粘胶纤维基层使用石墨烯改性制得,所述粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.1%~5%。
进一步的,所述粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.25%~2.5%。
进一步的,所述粘胶纤维使用石墨烯改性的具体方法包括如下步骤:
(1)石墨烯分散液制备:将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液;
(2)粘胶纤维改性:将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40~45℃搅拌1h,在升温到100℃处理45~60min,再降温至80~90℃静置脱泡4~6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干。
进一步的,将石墨烯分散液与粘胶溶液混合前对石墨烯分散液进行改性处理,具体操作为,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠。
进一步的,所述粘胶纤维改性步骤中,粘胶溶液的温度为28~32℃。
进一步的,所述粘胶纤维改性步骤中,纺丝温度为45~50℃。
进一步的,所述粘胶纤维改性步骤中,烘干温度为95~105℃。
本发明的有益效果为:本发明采用石墨烯对粘胶纤维进行改性,使粘胶纤维具有优秀的抗菌性能和物理特性,并利用改性后的粘胶纤维衬底作为反渗透膜的基层,充分结合了石墨烯与粘胶纤维的特性,粘胶纤维本身具有大量的羟基,易于乙酰化形成疏水基团而与聚砜支撑层产生更好的结合力,且天然粘胶纤维为多孔纤维,具有辅助吸附杂质的功能,而被改性后的粘胶纤维还具有强大的抗菌效果,避免了对分离层改性导致过影响滤效果。
附图说明
图1是实施例1~9对应的反渗透膜的性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,依次包括聚酰胺分离层、聚砜支撑层和粘胶纤维基层,其中粘胶纤维基层使用石墨烯改性制得,且粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.1%~5%,使用本发明的粘胶纤维作为反渗透膜的基层,能有效提高抗菌性,同时还能提高其拉伸性能和强度。
为了得到更好的改性效果,粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.25%~2.5%。
所述粘胶纤维为天然多孔粘胶纤维,使用农林废弃物制得,包括玉米杆、玉米芯、高粱杆、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木屑、棉秆和芦苇。
所述粘胶纤维使用石墨烯改性的具体方法包括如下步骤:
(1)石墨烯分散液制备:将十二烷基硫酸钠(郑州中贸化工有限公司)溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯(郑州琼岳化工产品有限公司),使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液;
(2)粘胶纤维改性:将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40~45℃搅拌1h,在升温到100℃处理45~60min,再降温至80~90℃静置脱泡4~6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45~50℃,烘干温度为95~105℃,其中,粘胶溶液的温度为28~32℃。
由于石墨烯粉体直接分散在粘胶溶液中很困难,会发生团聚,因此需要对石墨烯进行处理,提高其分散性;另外石墨烯分散液与粘胶溶液混合时会产生絮状产物影响纺丝连续进行,主要原因是粘胶溶液通常是由氢氧化钠碱化处理而得,粘胶溶液内含有钠离子,石墨烯遇金属离子后会与金属离子产生静电吸附和接枝效应,吸附于金属离子周围,产生团聚,因此将石墨烯分散液与粘胶溶液混合前对石墨烯分散液进行改性处理,具体操作为,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠(济南三笑化工有限公司)。
实施例1
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40℃搅拌1h,在升温到100℃处理45min,再降温至80℃静置脱泡4h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45℃,烘干温度为95℃,其中,粘胶溶液的温度为28℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为0.1%。
实施例2
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至45℃搅拌1h,在升温到100℃处理60min,再降温至90℃静置脱泡6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为50℃,烘干温度为105℃,其中,粘胶溶液的温度为28~32℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为0.5%。
实施例3
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40℃搅拌1h,在升温到100℃处理45min,再降温至80℃静置脱泡4h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45℃,烘干温度为95℃,其中,粘胶溶液的温度为28℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为1%。
实施例4
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至45℃搅拌1h,在升温到100℃处理60min,再降温至90℃静置脱泡6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为50℃,烘干温度为105℃,其中,粘胶溶液的温度为28~32℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为1.5%。
实施例5
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40℃搅拌1h,在升温到100℃处理45min,再降温至80℃静置脱泡4h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45℃,烘干温度为95℃,其中,粘胶溶液的温度为28℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为2%。
实施例6
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至45℃搅拌1h,在升温到100℃处理60min,再降温至90℃静置脱泡6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为50℃,烘干温度为105℃,其中,粘胶溶液的温度为28~32℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为3%。
实施例7
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40℃搅拌1h,在升温到100℃处理45min,再降温至80℃静置脱泡4h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45℃,烘干温度为95℃,其中,粘胶溶液的温度为28℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为4%。
实施例8
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至45℃搅拌1h,在升温到100℃处理60min,再降温至90℃静置脱泡6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为50℃,烘干温度为105℃,其中,粘胶溶液的温度为28~32℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为4.5%。
实施例9
将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠;将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40℃搅拌1h,在升温到100℃处理45min,再降温至80℃静置脱泡4h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干,纺丝温度为45℃,烘干温度为95℃,其中,粘胶溶液的温度为28℃;其中胶纤维中石墨烯质量分数为5%。
将实施例1~9得到的粘胶纤维纺丝作为基层制成相同规格的反渗透膜,按GB/T20944.3-2008测试其抗菌性能,按GB/T 14463-2008期干断裂强度、干断裂伸长度和湿断裂强度,测试结果详见图1。
基于实施例1~9及其相应的测试结果显示,本发明采用石墨烯对粘胶纤维进行改性,使粘胶纤维具有优秀的抗菌性能以及干断裂强度、干断裂伸长度和湿断裂强度,并利用改性后的粘胶纤维衬底作为反渗透膜的基层,充分结合了石墨烯与粘胶纤维的特性,粘胶纤维本身具有大量的羟基,易于乙酰化形成疏水基团而与聚砜支撑层产生更好的结合力,且天然粘胶纤维为多孔纤维,具有辅助吸附杂质的功能,而被改性后的粘胶纤维还具有强大的抗菌效果,避免了对分离层改性导致过影响滤效果。
需要说明的是,在本文中,如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,依次包括聚酰胺分离层、聚砜支撑层和粘胶纤维基层,所述粘胶纤维基层使用石墨烯改性制得,所述粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.1%~5%。
2.根据权利要求1所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,所述粘胶纤维中石墨烯质量分数为0.25%~2.5%。
3.根据权利要求1或2所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,所述粘胶纤维使用石墨烯改性的具体方法包括如下步骤:
(1)石墨烯分散液制备:将十二烷基硫酸钠溶解在水中配制成水溶液,向十二烷基硫酸钠的水溶液中加入石墨烯,使用40kHz超声处理3h,取上层溶液于13000r/min状态下离心分离45min,离心管上层溶液即为石墨烯分散液;
(2)粘胶纤维改性:将石墨烯分散液与粘胶溶液混合升温至40~45℃搅拌1h,在升温到100℃处理45~60min,再降温至80~90℃静置脱泡4~6h,滤除大于5μm的粒子,最后进行纺丝、烘干。
4.根据权利要求3所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,将石墨烯分散液与粘胶溶液混合前对石墨烯分散液进行改性处理,具体操作为,向石墨烯分散液中加入氢氧化钠。
5.根据权利要求4所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,所述粘胶纤维改性步骤中,粘胶溶液的温度为28~32℃。
6.根据权利要求4所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,所述粘胶纤维改性步骤中,纺丝温度为45~50℃。
7.根据权利要求4所述的基于粘胶纤维衬底的抗菌反渗透膜,其特征在于,所述粘胶纤维改性步骤中,烘干温度为95~105℃。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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