[发明专利]一种纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜及制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于复合膜技术领域，具体涉及一种纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜及制备方法与应用。

背景技术

正渗透现象是一种利用膜两侧的渗透压差(而不是外加压力)来作为水通过膜进行扩散的驱动力，促使水透过选择性渗透膜的净迁移，可用于从污水直接提取饮用水。正渗透膜分离技术相对于外加压力驱动的膜分离技术最显著的特点就是不需要外加压力或者在很低的外加压力下运行，而且膜污染情况相对较轻，能够持续长时间的运行而不需要清洗，近年来已经呈现逐渐取代压力驱动型膜技术的趋势。正渗透膜分离技术在国际上诸如美国新加坡欧洲等国家和地区已得到大量研究，使得其在食品、医药、能源，污水提纯及海水淡化领域有很成功的应用，饮用水稀缺条件下军队、紧急救援所用到的水合袋也是正渗透商业化应用之一。目前使用最多的主要是由美国HTI公司生产的三种正渗透膜，均由致密层和聚酯支撑层组成，具有较高的盐截留率和水通量。但是由于膜支撑层的存在，使得膜在使用过程中存在严重的内浓差极化现象，导致膜两侧渗透压差大幅度降低，从而水分离的驱动力降低，水通量显著减少。因此，由支撑层引起的浓差极化现象已成为阻碍正渗透膜分离技术发展的一个主要障碍。针对此现象，国内外进行了很多研究，如增大支撑层的孔径可以有效地减小浓差极化对通量的影响，或者制备双活性层正渗透膜，使支撑层不直接与汲取液或者原料液接触，均使得浓差极化现象有所减小。但由于仍然采用支撑层加活性层的传统制膜模式，支撑层中发生的浓差极化仍不可完全避免，阻碍正渗透膜分离技术更广泛应用的瓶颈问题仍未得到解决。

聚乙烯醇表面多羟基，因此亲水性好，有卓越的耐油脂和耐溶剂性能以及良好的物理化学稳定性,利用聚乙烯醇高度亲水性及成膜性来制备膜，可以保证所成的膜有较高的水通量和盐截留率。然而聚乙烯醇中大量羟基的存在,也导致了其存在着耐水，耐热性差等缺点。因此欲使聚乙烯醇膜具有耐水，耐高温且对混合物中被分离组分的渗透通量大，选择性高等优点，需要对其进行共混或化学改性处理。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备得到的纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜。

本发明的再一目的在于提供上述纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将聚乙烯醇溶解于去离子水中，加热搅拌形成均一透明的溶液，然后加入助剂，搅拌分散均匀；

(2)向步骤(1)中的溶液中加入纳米微晶纤维素，搅拌均匀形成稳定的铸膜液；

(3)把步骤(2)中的铸膜液在模具中涂膜，室温下晾置，挥发水分成膜；

(4)把步骤(3)中形成的膜浸入戊二醛溶液中，添加助剂进行交联，取出晾干，得到纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜。

步骤(1)中所述的聚乙烯醇优选数均分子量为2000的聚乙烯醇；

步骤(1)中所述的助剂是指多元醇；优选无毒易得的丙三醇；所述助剂的用量优选为聚乙烯醇质量的2％；

所述的搅拌分散是指在25～30℃下搅拌分散2～3h。

步骤(2)中所述的铸膜液中聚乙烯醇的浓度为3～5wt％。

所述的纳米微晶纤维素通过以下方法制得：将微晶纤维素在浓硫酸中酸解，然后透析至中性，得到成棒状结构、形态均匀的纳米微晶纤维素。

上述制备纳米微晶纤维素时所述的酸解是指在50wt％的浓硫酸中，在50℃温度下酸解3h，此时所制备的纳米纤维素的长径比较大且较为均匀。

所述的纳米微晶纤维素的用量为聚乙烯醇质量的30％～50％。

步骤(3)中，所述涂膜的厚度为2～5mm。

步骤(4)中所述戊二醛溶液的浓度为5～9wt％；所述的交联是指在温度为25℃条件下交联1～4h。

步骤(4)中所述的助剂为硫酸；优选浓度为10wt％的硫酸。

一种纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜，通过以上制备方法制备得到。

上述纳米微晶纤维素增强聚乙烯醇正渗透膜在污水处理、海水分离、军用水袋等水处理领域中的应用。

本发明的机理为：