CN110479120A - 一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法 - Google Patents

一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法，本发明将聚间苯二甲酰间苯二胺作为改性物，用于醋酸纤维超滤膜的共混改性，聚间苯二甲酰间苯二胺的引入有利于膜亲水性和膜通量的提高，同时有利于改善醋酸纤维素超滤膜的机械性能和耐压密性等。本发明所制备的醋酸纤维素平板超滤膜亲水性好、通量高、机械性能强、耐压密性良好，为平板超滤膜开辟了一条新途径，可应用于食品、医药、水处理等领域。

Description

一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法
技术领域
本发明属于超滤膜制备技术领域，具体涉及一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法。
背景技术
超滤是一种加压膜分离技术，在外界推动力作用下截留水中悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质，而水、无机盐和小分子有机物可透过膜，从而达到净化和分离的目的。超滤过程在常温下进行，条件温和，分离效率高，不发生相变化，无需加热，能耗低，无需添加化学试剂，无污染，装置占地面积小，操作简单，易于控制和维护，是一种节能环保的分离技术，在水处理、废水处理回用、食品、医药、纺织、印染、造纸等工业领域得到广泛应用。超滤技术的关键是膜，超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺等。随着膜技术的发展，单一的膜材料已不能满足高通量、优良的机械强度和化学稳定性、耐污染等综合性能的要求，限制了超滤的进一步发展与应用。为了扩展超滤膜的品质，提高膜的性能，采用一定的方法将不同材料特性结合起来，已成为膜材料发展的趋势。
醋酸纤维素是一种广泛应用的超滤膜材料，具有无毒、耐氯、来源广、易制备、成膜性好、亲水性好、高盐截留性、价格便宜、宜于工业化生产等优点，在膜材料中占有十分重要的位置。醋酸纤维素是可生物降解、可再生的有机材料，是一种环境友好材料，常应用于在纺织、食品、制药工业等领域。但现有的醋酸纤维素超滤膜耐热性能和耐压密性能较差，从而影响膜的分离性能和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将致孔剂、助剂、醋酸纤维素、聚间苯二甲酰间苯二胺和有机溶剂均匀混合，搅拌溶解后静置脱泡，得到铸膜液；上述助剂为氯化锂、丙酮和氯化钙中的至少一种；醋酸纤维素、聚间苯二甲酰间苯二胺、致孔剂、助剂和有机溶剂的质量比为15-20∶2-10∶3-10∶0-10∶55-70；
(2)将上述铸膜液倾倒于PET聚酯无纺布上，启动刮膜机进行刮膜；
(3)将步骤(2)所得的物料置于凝固浴中，经溶剂-非溶剂交换后转变成固态膜，接着放入去离子水中以除去残留的有机溶剂，获得膜片；
(4)室温下，将上述膜片置于保护液中浸泡1-8min，稍微沥干；
(5)将步骤(4)所得的物料于50-70℃热处理20-40min，得到所述醋酸纤维素平板超滤膜。
在本发明的一个优选实施方案中，所述致孔剂为PEG、PVP和甘油中的至少一种。
进一步优选的，所述PEG为PEG400或PEG600。
在本发明的一个优选实施方案中，所述保护液以水为溶剂，溶质为甘油、亚硫酸氢钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和二甲基亚砜中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述凝固浴为去离子水凝固浴、DMAc凝固浴、NaCl凝固浴或乙醇凝固浴。
在本发明的一个优选实施方案中，所述热处理于烘箱中进行。
在本发明的一个优选实施方案中，所述致孔剂为PEG、PVP和甘油中的至少一种，所述保护液以水为溶剂，溶质为甘油、亚硫酸氢钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和二甲基亚砜中的至少一种，所述凝固浴为去离子水凝固浴、DMAc凝固浴、NaCl凝固浴或乙醇凝固浴。
进一步优选的，所述PEG为PEG400或PEG600。
本发明的有益效果是：
1、本发明将聚间苯二甲酰间苯二胺作为改性物，用于醋酸纤维超滤膜的共混改性，聚间苯二甲酰间苯二胺的引入有利于膜亲水性和膜通量的提高，同时有利于改善醋酸纤维素超滤膜的机械性能和耐压密性等。
2、本发明所制备的醋酸纤维素平板超滤膜亲水性好、通量高、机械性能强、耐压密性良好，为平板超滤膜开辟了一条新途径，可应用于食品、医药、水处理等领域。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
下述实施例中的凝固浴为去离子水凝固浴、DMAc凝固浴、NaCl凝固浴或乙醇凝固浴。
实施例1
称取10g醋酸纤维素、1g聚间苯二甲酰间苯二胺、3.5g PEG400、0.5g甘油缓慢加入35g DMAc中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出180μm的膜，放入30℃去离子水中相转化成膜，凝固浴时间为3min；取出，放入15％甘油/0.2％NaHCO3溶液中浸泡2min；最后将膜片放入60℃烘箱中40min，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为486L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为87.5％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在67％。
实施例2
称取12g醋酸纤维素、1.2g聚间苯二甲酰间苯二胺、4.2g PEG600、0.6g甘油缓慢加入42g DMAc中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出180μm的膜，放入30℃含DMAc的去离子水中相转化成膜，凝固浴时间为3min；取出，放入13％甘油/0.2％NaHCO3溶液中浸泡6min；最后将膜片放入55℃烘箱中30min，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为532L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为76.9％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在64％。
实施例3
称取8g醋酸纤维素、1.6g聚间苯二甲酰间苯二胺、3.2g PEG600缓慢加入37.2gDMF中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出170μm的膜，放入30℃去离子水中相转化成膜，凝固浴时间为3min；取出，放入16％甘油/0.2％NaHCO3/1％十二烷基磺酸钠溶液中浸泡3min；最后将膜片放入60℃烘箱中35min，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为462L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为92.3％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在73％。
实施例4
称取0.5g氯化锂、12g醋酸纤维素、3g聚间苯二甲酰间苯二胺、3.5g PVP缓慢加入41g DMSO中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出180μm的膜，放入30℃含氯化钠的去离子水中相转化成膜，凝固浴时间为3min；取出，放入16％甘油/0.2％NaHCO3溶液中浸泡3min；最后将膜片放入60℃烘箱中30min，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为572L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为79.3％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在70％。
实施例5
称取0.5g氯化钙、12g醋酸纤维素、3g聚间苯二甲酰间苯二胺、5g PEG600缓慢加入39.5g DMF中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出185μm的膜，放入30℃含氯化钠的去离子水中相转化成膜，凝固浴时间5min；取出，放入16％甘油/1％十二烷基磺酸钠溶液中浸泡5min；最后将膜片放入5℃烘箱中40min，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为496L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为89.4％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在69％。
实施例6
称取12g醋酸纤维素、1.2g聚间苯二甲酰间苯二胺、4.2g PEG400、0.6g甘油缓慢加入42g DMF中溶解，得到均一的铸膜液，静置脱泡直至铸膜液中的气泡完全脱除；将完全脱泡的铸膜液于无纺布基材中刮出180μm的膜，放入30℃含乙醇的去离子水中相转化成膜，凝固浴时间为3min；取出，放入15％甘油溶液中浸泡5min；最后将膜片放入65℃烘箱中30in，经热处理后的CA膜即为所述醋酸纤维素平板超滤膜。0.3MPa操作压力下，该醋酸纤维素平板超滤膜的膜通量为512L m-2h-1，对牛血清蛋白截留率为75.9％，经过清水-蛋白-清水过滤的多次循环测试，该膜通量恢复率可保持在74％。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种醋酸纤维素平板超滤膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将致孔剂、助剂、醋酸纤维素、聚间苯二甲酰间苯二胺和有机溶剂均匀混合，搅拌溶解后静置脱泡，得到铸膜液；上述助剂为氯化锂、丙酮和氯化钙中的至少一种；醋酸纤维素、聚间苯二甲酰间苯二胺、致孔剂、助剂和有机溶剂的质量比为15-20∶2-10∶3-10∶0-10∶55-70；
(2)将上述铸膜液倾倒于PET聚酯无纺布上，启动刮膜机进行刮膜；
(3)将步骤(2)所得的物料置于凝固浴中，经溶剂-非溶剂交换后转变成固态膜，接着放入去离子水中以除去残留的有机溶剂，获得膜片；
(4)室温下，将上述膜片置于保护液中浸泡1-8min，稍微沥干；
(5)将步骤(4)所得的物料于50-70℃热处理20-40min，得到所述醋酸纤维素平板超滤膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述致孔剂为PEG、PVP和甘油中的至少一种。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述PEG为PEG400或PEG600。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述保护液以水为溶剂，溶质为甘油、亚硫酸氢钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和二甲基亚砜中的至少一种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述凝固浴为去离子水凝固浴、DMAc凝固浴、NaCl凝固浴或乙醇凝固浴。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热处理于烘箱中进行。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述致孔剂为PEG、PVP和甘油中的至少一种，所述保护液以水为溶剂，溶质为甘油、亚硫酸氢钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和二甲基亚砜中的至少一种，所述凝固浴为去离子水凝固浴、DMAc凝固浴、NaCl凝固浴或乙醇凝固浴。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述PEG为PEG400或PEG600。
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