CN113731190A - 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 - Google Patents
一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113731190A CN113731190A CN202110817595.XA CN202110817595A CN113731190A CN 113731190 A CN113731190 A CN 113731190A CN 202110817595 A CN202110817595 A CN 202110817595A CN 113731190 A CN113731190 A CN 113731190A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- membrane
- cellulose
- nano
- self
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 58
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 141
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims abstract description 20
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 claims description 107
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 26
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 24
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 20
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 17
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 15
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 claims description 12
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 claims description 10
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 4
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 2
- 229940080469 phosphocellulose Drugs 0.000 claims description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 28
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 abstract description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229940006186 sodium polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005371 permeation separation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- GQOKIYDTHHZSCJ-UHFFFAOYSA-M dimethyl-bis(prop-2-enyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].C=CC[N+](C)(C)CC=C GQOKIYDTHHZSCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- -1 ethyleneimine cation Chemical class 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229930187593 rose bengal Natural products 0.000 description 1
- AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L rose bengal Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)C1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C([O-])=C(I)C=C21 AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229940081623 rose bengal Drugs 0.000 description 1
- STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N rose bengal A Natural products O1C(=O)C(C(=CC=C2Cl)Cl)=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
- B01D67/0088—Physical treatment with compounds, e.g. swelling, coating or impregnation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
- B01D69/081—Hollow fibre membranes characterised by the fibre diameter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/46—Impregnation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明属于膜分离技术领域，涉及一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法。与传统的聚电解质层层自组装膜相比较，本发明通过层层自组装法以纳米纤维素为制膜基元构筑了具有刚性分离层、高孔隙率、超亲水表面的纳米纤维素膜材料，有利于制备兼具优异渗透性、抗污性、长期稳定性的纳滤膜，实现纳滤膜的高性能化。
Description
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，涉及一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法。
背景技术
分离提纯是一个将物质从混合体系中选择性分离的过程，其在化学研究、化工生产等过程中具有举足轻重的作用。膜分离法作为一种高效、环保、节能的分离技术，可在分子水平上实现物质的选择性渗透分离，广泛应用于生物医药、电池隔膜、食品加工、气体分离、水处理、化工等领域。纳滤膜是分离膜的一个重要分支，其具有纳米级分离孔径(0.5～2.0nm)，具有操作压力低、通量大、效率高、操作简单等优点，在硬水软化、有机物脱除、无机盐分离等方面有着广阔的应用前景，是当前分离膜领域的研究热点。
目前的纳滤膜从结构特点上可分为非对称膜(ISA膜)和薄层复合膜(TFC膜)。与ISA膜相比较，TFC膜由分离层和多孔支撑层复合而成，该结构有利于对分离层和支撑层进行独立优化，进而提高分离膜的整体性能。TFC膜的表面分离层对渗透分离性能起着关键作用，可通过界面聚合、表面涂覆、表面接枝、层层自组装等方法制备。其中，层层自组装技术利用不同物质间的静电相互作用力、配位作用、氢键、疏水作用力等构建纳滤膜，具有组装单元的可选种类多、结构可设计性强的优点。同时，通过改变成膜物质、组装层数以及各层的组装条件，可在分子尺度上精确调控膜厚度和分离孔径，能够方便地对膜材料进行分子结构设计，从而满足不同场合的分离需求，具有良好的工业化应用前景。
事实上，利用层层自组装法构建高性能超薄纳滤膜已逐渐引起了广大学者的研究兴趣。如苏保卫等利用静电作用力为驱动力，选用聚苯乙烯磺酸钠为阴离子聚电解质，聚二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子聚电解质，制备了高性能纳滤膜(J.Membr.Sci.,2012,423:324-331)。为了进一步提高渗透通量，学者们提出利用高比表面积的刚性纳米材料作为制膜基元以构筑高通量纳滤膜。如，邵路等在荷负电聚丙烯腈基膜表面交替沉积聚乙烯亚胺阳离子电解质和氧化石墨烯阴离子电解质，制备了纯水通量为6.97L m-2h-1bar-1、孟加拉玫瑰红染料截留为99.99％的纳滤膜(张聪，静电层层自组装法制备PAN/PEI/GO液体分离膜及其性能研究，哈尔滨工业大学，2016)。
尽管近年来静电层层自组装法构筑高性能纳滤膜取得了巨大进展，但其仍然面临着以下主要挑战：受限于传统的柔性聚电解质材料，纳滤膜的刚性不足且孔隙率较低，具有较低的渗透通量和稳定性；膜材料的表面亲水性不够，存在易被污染的难题；大部分膜材料来源于不可再生的化石资源，限制了其进一步发展和推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有刚性分离层、高孔隙率、超亲水表面的纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种纳米纤维素层层自组装膜，所述组装膜以纳米纤维素为制膜基元用层层自组装法制备得到。
本发明纳米纤维素层层自组装膜与传统的聚电解质层层自组装膜相比，具有刚性的分离层、高孔隙率、超亲水、绿色天然的优点，有利于构建兼具优异渗透性、抗污性、长期稳定性、生物相容性的生物质膜材料。
本发明还提供了一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、将基膜浸没在荷正电或负电的纳米纤维素水溶液中，然后用去离子水冲洗；
S2、再将基膜浸没在与S1相反电荷的纳米纤维素水溶液中，然后在静电力驱动下完成组装，用去离子水冲洗；
S3、重复上述S1-S2步骤得到纳米纤维素层层自组装膜。
作为优选，基膜浸没在纳米纤维素水溶液中的时间为1-30min。
本发明通过以具有刚性结构、高比表面积、超亲水的纳米纤维素为成膜基元，通过静电层层自组装法制备纳米纤维素纳滤膜，具有刚性的分离层、高孔隙率、超亲水、绿色天然的优点，可实现兼具优异渗透性、抗污性、长期稳定性高性能纳滤膜的制备。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，基膜为聚丙烯腈超滤膜、聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚酰胺纳滤膜、聚酰胺反渗透膜、聚偏氟乙烯超滤膜中的任意一种。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，荷正电纳米纤维素为季铵纤维素纳米纤维。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，荷负电纳米纤维素为TEMPO-纤维素纳米纤维、磷酸纤维素纳米纤维、羧甲基纤维素纳米纤维、磺酸纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶中的任意一种。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，荷正电或荷负电的纳米纤维素电荷量为0.1-3.0mmol/g。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，荷正电或负点的纳米纤维素水溶液的浓度为0.01-0.5％，pH为2-12。
在上述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法中，步骤S3重复次数为1-20。本发明通过调整基膜交替浸没在荷正电纳米纤维素水溶液/荷负电纳米纤维素水溶液的次数，实现了控制膜厚度和分离孔径的目的。
作为优选，纳米纤维素层层自组装膜孔径为0.5-20nm、孔隙率为40-90％、水渗透通量为20-500L/m2 h，无机盐截留率为60-100％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.与传统的聚电解质层层自组装膜相比较，本发明通过层层自组装法以纳米纤维素为制膜基元构筑了具有刚性分离层、高孔隙率、超亲水表面的纳米纤维素膜材料，有利于制备兼具优异渗透性、抗污性、长期稳定性的纳滤膜，实现纳滤膜的高性能化。
2.本发明纳米纤维素层层自组装膜的制备工艺简单高效、快速便捷，且膜厚度和分离孔径可控，可满足不同场合的分离需求，适用于大规模的工业生产中。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将聚丙烯腈超滤膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的季铵纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的季铵纤维素纳米纤维；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的TEMPO-纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的TEMPO-纤维素纳米纤维；
S4、重复S2-S3步骤1次得到纳米纤维素层层自组装分离膜。
实施例2：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将聚丙烯腈超滤膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的季铵纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的季铵纤维素纳米纤维；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的TEMPO-纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的TEMPO-纤维素纳米纤维；
S4、重复S2-S3步骤2次得到纳米纤维素层层自组装分离膜。
实施例3：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将聚丙烯腈超滤膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的季铵纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的季铵纤维素纳米纤维；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的TEMPO-纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的TEMPO-纤维素纳米纤维；
S4、重复S2-S3步骤3次得到纳米纤维素层层自组装分离膜。
实施例4：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将聚丙烯腈超滤膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的季铵纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的季铵纤维素纳米纤维；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的TEMPO-纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的TEMPO-纤维素纳米纤维；
S4、重复S2-S3步骤20次得到纳米纤维素层层自组装分离膜。
对比例1：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将聚丙烯腈超滤膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的聚乙烯亚胺(分子量为10000Da)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的聚乙烯亚胺；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的聚苯乙烯磺酸钠水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的聚苯乙烯磺酸钠；
S4、重复S2-S3步骤3次得到聚电解质层层自组装分离膜。
对比例2：
与实施例1的区别，仅在于，步骤S4重复次数为25。
对比例3：
S1、准备5cm×5cm水解聚丙烯腈超滤基膜；
S2、将超滤基膜浸泡在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的季铵纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，将膜取出用去离子水冲洗以除去膜表面未结合的季铵纤维素纳米纤维；
S3、然后将膜浸没在100mL、浓度为0.01％、pH为7.0的TEMPO-纤维素纳米纤维(电荷量1.0mmol/g)水溶液中10min，在静电力驱动下完成第一个双层的组装过程，将膜取出用去离子水冲洗，以除去膜表面未结合的TEMPO-纤维素纳米纤维得到纳米纤维素层层自组装分离膜。
对比例4：
与实施例1的区别，仅在于，纳米纤维素电荷量为0.05mmol/g。
表1：实施例1-4、对比例1-4制备的组装膜物理性能检测结果
| 实施例 | 膜孔径(nm) | 孔隙率(％) |
| 实施例1 | 8.1 | 82 |
| 实施例2 | 2.0 | 80 |
| 实施例3 | 0.5 | 75 |
| 实施例4 | 10 | 85 |
| 对比例1 | 0.6 | 38 |
| 对比例2 | 0.4 | 70 |
| 对比例3 | 15.8 | 83 |
| 对比例4 | 20.0 | 60 |
在25℃、0.4Mpa压力下，测试实施例1-6、对比例1水渗透通量、0.1g/L硫酸钠的截留率和WDR。进一步使用0.1g/L的BSA水溶液对膜进行污染，测试其FDR和FRR。
通量测试：裁取标准大小膜片(面积为A：m2)，固定于超滤杯中，在0.4MPa下用去离子水预压30min，然后在相同压力下收集t(h)时间内的去离子水，测量其体积V(L)，计算水通量J(L/m2h)。
无机盐分离：将膜片固定在超滤杯中，在0.4MPa下用一定浓度cf(mg/L)的无机盐(硫酸钠)水溶液预压30min，然后在相同压力下收集10mL过滤液，用电导率仪测量其浓度cp(mg/L)，计算无机盐截留率R(％)。
长期分离稳定性：将膜片固定在超滤杯中，在0.4MPa下用去离子水预压30min，然后在相同压力下测试膜在2h、12h后的水通量J0、J12h(L/m2 h)，计算膜在运行12h后的水通量下降率(WDR)。
抗污性：将膜片固定在超滤杯中，在0.4MPa下用去离子水预压30min，继续运行2h后，记录膜的水渗透通量J0(L/m2 h)，然后以一定浓度的污染物(BSA、LYZ、HA、NaAlg)水溶液为进料液，在0.4MPa下运行6h，每隔1h记录一次渗透通量，将污染膜的最低通量记为Js(L/m2h)。将2h的水溶液测试和6h的污染物测试作为一个循环，在2.5个循环后，再次记录膜的渗透通量Jr(L/m2 h)。抗污能力可用膜的通量降低率(FDR)、通量恢复率(FRR)表示：
表2：实施例1-4、对比例-41制备的组装膜性能检测结果
从上述结果可以看出，本发明通过层层自组装法以纳米纤维素为制膜基元构筑了具有刚性分离层、高孔隙率、超亲水表面的纳米纤维素膜材料，有利于制备兼具优异渗透性、抗污性、长期稳定性的纳滤膜，实现纳滤膜的高性能化。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种纳米纤维素层层自组装膜，其特征在于，所述组装膜以纳米纤维素为制膜基元用层层自组装法制备得到。
2.一种如权利要求1所述的纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将基膜浸没在荷正电或负电的纳米纤维素水溶液中，然后用去离子水冲洗；
S2、再将基膜浸没在与S1相反电荷的纳米纤维素水溶液中，然后在静电力驱动下完成组装，用去离子水冲洗；
S3、重复上述步骤得到纳米纤维素层层自组装膜。
3.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，基膜为聚丙烯腈超滤膜、聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚酰胺纳滤膜、聚酰胺反渗透膜、聚偏氟乙烯超滤膜中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，荷正电纳米纤维素为季铵纤维素纳米纤维。
5.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，荷负电纳米纤维素为TEMPO-纤维素纳米纤维、磷酸纤维素纳米纤维、羧甲基纤维素纳米纤维、磺酸纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，荷正电或负点的纳米纤维素电荷量为0.1-4.0mmol/g。
7.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，荷正电或负点的纳米纤维素水溶液的浓度为0.01-0.5％，pH为2-12。
8.根据权利要求2所述的一种纳米纤维素层层自组装膜的制备方法，其特征在于，步骤S3重复次数为1-20。
9.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素层层自组装膜，其特征在于，纳米纤维素层层自组装膜孔径为0.5-20nm、孔隙率为40-90％、水渗透通量为20-500L/m2h，无机盐截留率为60-100％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110817595.XA CN113731190B (zh) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110817595.XA CN113731190B (zh) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113731190A true CN113731190A (zh) | 2021-12-03 |
| CN113731190B CN113731190B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=78728860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110817595.XA Active CN113731190B (zh) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113731190B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114989499A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 西北农林科技大学 | 一种超疏水纳米纤维素膜及其制备方法 |
| CN115364691A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-11-22 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种基于静电层层自组装技术制备的纤维素纳米纤维空气过滤复合膜及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0971038A (ja) * | 1995-06-29 | 1997-03-18 | Somar Corp | 高含水量インクジェット用記録フィルム |
| CN103551049A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-02-05 | 北京工业大学 | 一种基于天然纤维素聚电解质的层层自组装复合纳滤膜及制备方法 |
| CN105916573A (zh) * | 2014-01-31 | 2016-08-31 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 包括纤维素基季铵涂层的复合聚酰胺膜 |
| CN205951427U (zh) * | 2016-05-05 | 2017-02-15 | 林小锋 | 一种多层复合结构的薄膜复合膜 |
| CN107754619A (zh) * | 2017-11-12 | 2018-03-06 | 韦韬 | 一种天然聚电解质纳滤膜的制备方法 |
| CN110028703A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-19 | 华南理工大学 | 一种纳米生物质基高强度高透明度大幅面复合膜的制备方法 |
| CN110947307A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-03 | 烟台金正环保科技有限公司 | 一种复合脱盐层纳滤膜制备方法 |
| CN112263918A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-26 | 天津工业大学 | 一种草酸交联的层层自组装水凝胶过滤膜的制备方法及在分子离子分离中的应用 |
-
2021
- 2021-07-20 CN CN202110817595.XA patent/CN113731190B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0971038A (ja) * | 1995-06-29 | 1997-03-18 | Somar Corp | 高含水量インクジェット用記録フィルム |
| CN103551049A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-02-05 | 北京工业大学 | 一种基于天然纤维素聚电解质的层层自组装复合纳滤膜及制备方法 |
| CN105916573A (zh) * | 2014-01-31 | 2016-08-31 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 包括纤维素基季铵涂层的复合聚酰胺膜 |
| US20160325239A1 (en) * | 2014-01-31 | 2016-11-10 | Dow Global Technologies Llc | Composite polyamide membrane including cellulose-based quaternary ammonium coating |
| CN205951427U (zh) * | 2016-05-05 | 2017-02-15 | 林小锋 | 一种多层复合结构的薄膜复合膜 |
| CN107754619A (zh) * | 2017-11-12 | 2018-03-06 | 韦韬 | 一种天然聚电解质纳滤膜的制备方法 |
| CN110028703A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-19 | 华南理工大学 | 一种纳米生物质基高强度高透明度大幅面复合膜的制备方法 |
| CN110947307A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-03 | 烟台金正环保科技有限公司 | 一种复合脱盐层纳滤膜制备方法 |
| CN112263918A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-26 | 天津工业大学 | 一种草酸交联的层层自组装水凝胶过滤膜的制备方法及在分子离子分离中的应用 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114989499A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 西北农林科技大学 | 一种超疏水纳米纤维素膜及其制备方法 |
| CN115364691A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-11-22 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种基于静电层层自组装技术制备的纤维素纳米纤维空气过滤复合膜及其制备方法 |
| CN115364691B (zh) * | 2022-08-12 | 2023-08-25 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种基于静电层层自组装技术制备的纤维素纳米纤维空气过滤复合膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113731190B (zh) | 2024-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Porous Janus materials with unique asymmetries and functionality | |
| Wang et al. | Membranes and processes for forward osmosis-based desalination: Recent advances and future prospects | |
| CN111229053B (zh) | 一种高通量纳滤膜、其制备方法及应用 | |
| Zhu et al. | Dual-bioinspired design for constructing membranes with superhydrophobicity for direct contact membrane distillation | |
| Subramanian et al. | New directions in nanofiltration applications—Are nanofibers the right materials as membranes in desalination? | |
| CN112023732B (zh) | 一种正渗透复合膜及其制备方法和应用 | |
| Qasim et al. | Water desalination by forward (direct) osmosis phenomenon: A comprehensive review | |
| Saren et al. | Synthesis and characterization of novel forward osmosis membranes based on layer-by-layer assembly | |
| Li et al. | Forward osmosis membranes modified with laminar MoS2 nanosheet to improve desalination performance and antifouling properties | |
| Kwon et al. | Molecular layer-by-layer assembled forward osmosis membranes | |
| Valamohammadi et al. | Preparation of positively charged thin-film nanocomposite membranes based on the reaction between hydrolyzed polyacrylonitrile containing carbon nanomaterials and HPEI for water treatment application | |
| Deng et al. | Polyelectrolyte membranes prepared by dynamic self-assembly of poly (4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid) sodium salt (PSSMA) for nanofiltration (I) | |
| Shi et al. | Chitosan sub-layer binding and bridging for nanofiber-based composite forward osmosis membrane | |
| CN111659270A (zh) | 一种纳滤膜、其制备方法及应用 | |
| CN113731190B (zh) | 一种纳米纤维素层层自组装膜及其制备方法 | |
| Meng et al. | Janus membranes at the water-energy nexus: a critical review | |
| CN114028947A (zh) | 一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法 | |
| Yuan et al. | Polyamide nanofiltration membrane fine-tuned via mixed matrix ultrafiltration support to maximize the sieving selectivity of Li+/Mg2+ and Cl–/SO42– | |
| CN112210081B (zh) | 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法 | |
| Li et al. | Tailoring the polyamide active layer of thin-film composite forward osmosis membranes with combined cosolvents during interfacial polymerization | |
| CN112007513A (zh) | 一种间位芳纶基聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 | |
| CN114016285B (zh) | 一种用于海水淡化的功能纳米纤维膜的制备方法 | |
| Ma et al. | Novel dopamine-modified cellulose acetate ultrafiltration membranes with improved separation and antifouling performances | |
| CN115055061B (zh) | 一种具有高渗透选择性的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 | |
| Nguyen et al. | Recent advances in innovative osmotic membranes for resource enrichment and energy production in wastewater treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |