[发明专利]一种正渗透纤维素膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜制备技术领域，具体涉及一种正渗透纤维素膜的制备方法。

背景技术

正渗透(FO)也称为渗透，是一种自然界广泛存在的物理现象，以水为例，FO过程中水透过选择性半透膜从水化学位高的区域(低渗透压侧)自发地传递到水化学位低的区域(高渗透压侧)。

正渗透过程的推动力是溶剂在两种溶液中的化学位差或者是溶液的渗透压差。正渗透膜分离方法具有低能耗、低污染、高回收率等优点，采用正渗透膜分离方法使用较低的成本即能够获得较大的经济效益和社会效益。

目前最好的商业化正渗透膜是美国HTI公司的支撑型高强度膜，该支撑型高强度膜为3层结构：致密皮层，多孔支撑层和网格支撑结构层。膜皮层和多孔支撑层亲水，呈电中性，厚度约50μm。该支撑型高强度膜是由醋酸纤维素类高分子制备得到。

正渗透膜应具备以下几个特征：(1)致密的、低孔隙率的皮层，高截留率；(2)膜的皮层具有较好的亲水性、较高的水通量；(3)膜支撑层尽量薄，具有高孔隙率；(4)较高的机械强度；(5)具有耐酸碱的抗化学腐蚀能力，可以在较宽的pH范围以及各种不同组成的溶液条件下正常使用。

FO过程的主要挑战是选择合适的渗透试剂来制备汲取液以及制备可以提供高水通量、高截盐率的膜。纤维素因其较好的亲水性、化学稳定性及良好的成膜性，已经成功地用于制备超滤膜以及纳滤膜，纤维素膜所具有的性质能够很好的满足正渗透膜所应具备的特征。

纤维素是自然界中分布最广、储量最大的天然高分子，是构成植物细胞壁的基础物质，每年植物通过光合作用产生数千亿吨的纤维素，可以说纤维素是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源。与合成高分子相比，纤维素还具有可完全生物降解、无毒、无污染、易干燥、生物相容性好、可再生等优势，被认为是未来世界能源、化工的主要原料。

申请公开号为CN103025814A的专利文献公开了一种生产纤维素膜的方法，在约100℃或更低的温度下，将纤维素至少部分地溶解在包含离子性液体和助溶剂的添加剂中以形成纤维素溶液，其中所述助溶剂包含极性的质子惰性组分，然后将纤维素溶液铸塑成纤维素膜。

充分利用纤维素不仅可以保护环境，而且可以节省有限的石油资源。现有技术中对纤维素的利用是通过两种途径进行的，即化学再生和化学改性。现有的化学处理方法在制备过程中往往会造成纤维素很大程度的降解，使得纤维素的聚合度、结晶度急剧下降；同时化学变化减少了纤维素活泼羟基的数量，破坏了纤维素的多羟基化学结构。

化学处理方法破坏了纤维素本身所具备的天然生物相容性，同时纤维素的机械性能、耐酸碱、耐有机溶剂能力也受到了极大的破坏，进而影响到纤维素膜的正渗透性能。

目前溶解纤维素取得较好效果的溶剂体系主要包括：黏胶法、铜氨溶液法、多聚甲醛/二甲基亚砜体系(PF/DMSO)、四氧化二氮/二甲基甲酰胺体系(N₂O₄/DMF)、氯化锂/二甲基乙酰胺体系(LiCl/DMAc)、二甲基亚砜/四乙基氯化氨体系(DMSO/TEAC)、4-甲基吗啉-N-氧化物体系(NMMO)、氢氧化钠/尿素(硫脲)/水等体系，这些体系都存在一定的缺点。

发明内容

本发明提供了一种正渗透纤维素膜的制备方法，以天然高分子纤维素为原料，以离子液体为溶剂，制备方法操作简单，且制得的纤维素膜具有优异的正渗透性能。

一种正渗透纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素与离子液体混合，经加热搅拌得到纤维素溶液；

(2)将所得纤维素溶液静置脱泡后，涂覆在基板上形成膜片；

(3)所得膜片在凝胶浴中凝固后，得到所述的正渗透纤维素膜。

本发明采用天然的纤维素制备正渗透纤维素膜，纤维素可以是任意形式的纤维素原料，例如，市场上可以直接购买的纤维素粉，或小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆等含有纤维素成分的植物秸秆，或竹子、木材、棉花等含有纤维素成分的植物枝叶。

天然的纤维素在水中有高度的不溶性，同时也不溶于稀酸、稀碱和有机溶剂，现有技术中已经使用的溶剂要么溶解度有限，要么可能对纤维素的结构产生一定的破坏作用。

本发明采用室温离子液体对纤维素进行溶解，室温离子液体也称低温熔融盐，通常由有机阳离子和有机阴离子组成，或者由有机阳离子和无机阴离子组成，本发明采用的离子液体在室温或接近室温的条件下呈液态，具有极低的蒸汽压以及便于回收利用的优异性能。