[发明专利]一种细菌纤维素渗透汽化膜及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗透汽化用膜，特别是一种细菌纤维素渗透汽化膜；本发明还涉及上述细菌纤维素膜的分离有机物水溶液的用途。

背景技术

渗透汽化是指被分离物透过膜时，在膜两侧组分的蒸汽分压差的作用下，液体混合物部分地蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。由于渗透汽化技术具有单级选择性好、操作简单、能耗低、无污染等特点，特别适宜于有机物水溶液恒沸及近沸体系的分离，使其在近二三十年来引起人们的普遍重视。渗透汽化技术的核心是所采用的渗透汽化膜，因此渗透汽化膜性能的优良与否将直接影响到对原料液的分离效果。目前，渗透汽化膜材料可以分为无机膜和有机膜两大类，近年来由于有机膜在可调控方面的优势，使得有机膜研究成为主流，而当前合成的有机膜一般因其化学稳定性、力学性能和热稳定性较差而限制了有机膜的应用。由于细菌纤维素膜在湿态下的高杨氏模量、热稳定性等方面有着其它传统材料无法比拟的优势使得细菌纤维素膜在分离技术方面有很大应用潜力。

细菌纤维素膜中含有大量分子内及分子间氢键，对水有很强的结合能力，属于水优先透过膜。在水优先透过渗透汽化膜中，具有代表性的已经应用于工业化生产的膜材料是聚乙烯醇(简称PVA)。德国GFT公司在1983年已经实现了交联PVA复合膜分离乙醇水体系的工业化应用(GermanPat：DE3220570A1，1983-12-01)，但由于其结构上过分致密的缺点而限制了它在工业上的广泛应用，且传统的制膜方法工艺复杂，膜的均匀性较难控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的、化学性能、机械及热稳定性能优良的、环保无污染且可生物降解的细菌纤维素渗透汽化膜。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述细菌纤维素渗透汽化膜的用途。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种细菌纤维素渗透汽化膜，其特点是，其制备方法如下：取活化木醋杆菌Acetobacter xylinum菌种接入种子培养液中，25℃～32℃恒温摇床振荡培养8h～24h后，将种子液接入发酵培养液中，摇匀，将发酵液移至容器中，25℃～32℃恒温培养7～15天，在发酵液表面形成表膜，将膜取出后以质量浓度为1％～15％的碱液处理，用去离子水冲洗膜中剩余碱液至中性，干燥后制成膜。

在本发明技术方案中：所述的种子培养液是以葡萄糖为碳源、以玉米浆等为氮源、以磷酸二氢钾、硫酸镁等为无机盐和微量元素的培养液，优选：葡萄糖2％，玉米浆0.6％，硫酸铵0.6％，磷酸二氢钾0.1％，硫酸镁0.04％；所述的发酵培养液是以葡萄糖和蔗糖为碳源、以玉米浆等为氮源、以磷酸二氢钾、硫酸镁等为无机盐和微量元素的培养液，优选：葡萄糖1.8％，蔗糖2.1％，玉米浆2％，硫酸铵0.4％，磷酸二氢钾0.2％，硫酸镁0.04％，羧甲基纤维素钠0.04％；所述的处理用碱液可以为一般实验用碱液，包括NaOH、KOH等，用于去除细菌纤维素膜中的杂蛋白、残留菌体，优选NaOH溶液；所述的膜的干燥处理方法及条件可以为适用的常规干燥方式及条件。

在本发明技术方案中：

所述的恒温摇床振荡转速优选为90r·min^-1～150r·min^-1；

接种时优选将种子液以5％～15％的接种量接入发酵培养液中；

所用碱液质量浓度优选为1％～8％；

所述膜的厚度优选为20μm～100μm。

本发明所述的细菌纤维素渗透汽化膜可以用于分离有机物水溶液，所分离的有机物水溶液的质量浓度为10％～98％；所分离的有机物可以为常规的水溶性有机物，优选为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甘油、丙酮或甲醛；分离操作的温度优选为8℃～70℃；分离操作时，渗透汽化装置的透过侧压力优选为10Pa～200Pa。

本发明用经种子培养液和发酵培养液两级发酵培养产生一种新的微生物纤维素——细菌纤维素，在静态条件下细菌纤维素自然成膜状，利用渗透汽化分离装置(可以选用现有技术中公开的任何一种渗透汽化分离装置)，使有机物水溶液中的水优先透过膜，从而有机溶剂和水得到分离。由于膜是在发酵液表面形成，因此能够解决一般的制膜方法中厚度均匀性较难控制的问题；由于细菌纤维素膜中大量氢键的存在，使得其对水具有很强的吸附能力，在渗透汽化过程中直接表现为具有良好的优先透水性能；细菌纤维素膜中的纳米级超细网状纤维结构使其杨氏模量较高，且化学性能、机械及热稳定性优良，解决了一般有机膜的化学稳定性、力学性能和热稳定性差的问题。