[发明专利]一种醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离水处理技术领域，具体涉及一种醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜及其制备方法。

背景技术

超滤分离由于其独特的优点：稳定性好、效率高、操作简单、操作过程无相变、环保无污染、成本较低。因而被应用于：冶金、工业废水处理、饮用水、乳制品生产过程中的乳清处理、电镀层涂料混合物生物分离、海水淡化的前处理过程。超滤膜膜分离的过程中，随着超滤的进行，被分离的物质吸附、堵塞超滤膜的孔径，污染超滤膜，造成超滤膜分离过程中水通量的下降，严重的膜污染会加大超滤膜清洗的时间和频率，而超滤膜长期清洗超滤膜的过程中，会影响膜本身的物理性能和化学性能，降低分离纯化的效率增加运行成本，形成一连串的恶性循环，因此我们有必要对超滤膜进行改性。对于超滤膜而言，现在绝大多数的研究工作都集中在提高超滤膜的抗污染能力、纯水通量等。

醋酸纤维素是一种可再生的生物材料，根据取代度的不同可以分为二乙酸纤维素(CDA)和三乙酸纤维素(CTA)，其来源广泛、可再生、环保无污染、价格低廉，被广泛地运用于膜材料当中，醋酸纤维素(CA)是最早用于水净化中的过滤膜的聚合物之一，比如醋酸纤维素反渗透膜和醋酸纤维素超滤膜，醋酸纤维素超滤膜具有以下优点：适中的亲水性、较高的生物相容性、较好的脱盐性能以及适中的水通量。尽管CA超滤膜有许多优点，但是醋酸纤维素由于其本身的亲水性导致其在相分离的时候是延迟分相，从而使醋酸纤维素超滤膜的空隙率较低，水通量较小，膜分离的效率较低。并且醋酸纤维素超滤膜在膜分离的过程中，随着膜分离的进行，周围环境中的细菌、藻类、真菌、蛋白质、胶体、细胞等会吸附、堵塞醋酸纤维超滤膜的孔径，造成醋酸纤维素超滤膜水通量下降，膜污染现象加重。膜污染会使CA超滤膜的水通量严重下降、降低膜分离的效率和膜的使用寿命。因此考虑到醋酸纤维素基超滤膜在使用过程中出现的问题，我们有必要对以醋酸纤维素为基材的超滤膜进行改性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能够提高醋酸纤维素超滤膜的水通量和膜抗污染能力的醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜，包括埃洛石纳米管和醋酸纤维素两种组份，所述埃洛石纳米管负载了左旋多巴。

天然纳米埃洛石纳米管的化学成分为Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈·nH₂O，它是一种高岭石族硅铝酸盐矿物，埃洛石纳米管具有带正电的氧化铝内腔和负电二氧化硅外表面，赋予它选择性功能化，其中硅铝酸盐层的结构是由管外的硅氧四面体层和管内的铝氧八面体层以1∶1的比例组成。结构上，埃洛石纳米管具有中空管状的纳米结构，并且它的中空管状结构是形态完整的，不封端、无卷曲破裂现象，为天然多孔纳米晶体材料。埃洛石纳米管内腔有大量的Al-OH，因此它具有一定的亲水性，左旋多巴胺是多巴胺类化合物中的一种，分子结构当中含有亲水性的氨基和邻苯二酚基团，具有很强的生物黏附特性，可以在很多材料包括金属、氧化物、无机纳米材料、有机高分子材料表面通过氧化聚合形成均一性的亲水性涂层，本发明利用左旋多巴对埃洛石纳米管进行了表面改性，进一步提高埃洛石纳米管表面亲水性以及和基材的相容性。

本发明首次将埃洛石纳米管、负载左旋多巴的埃洛石纳米管作为添加剂添加到醋酸纤维素超滤膜中，提高了醋酸纤维素基超滤膜的水通量和抗污染能力，并且所制备的超滤膜能够保持较高的蛋白质截留率。

进一步的，上述醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜中所述埃洛石纳米管的直径为0.2-1.5um、内径为10-30nm、外径为40-60nm。

进一步的，上述醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜中，所述组分的质量份组成为：1-3份负载了左旋多巴的埃洛石纳米管、100份醋酸纤维素；所述负载了左旋多巴的埃洛石纳米管中埃洛石纳米管与左旋多巴的质量比为(2.5-3)：1。

本发明还提供了所述醋酸纤维素基纳米材料复合超滤膜的制备方法，包括步骤：

A.将负载了左旋多巴的埃洛石纳米管溶于极性溶剂中，超声分散；极性溶剂主要是具有不对称的分子结构、电子云偏移程度大的溶剂，如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等溶剂；

B.再加入醋酸纤维素和成孔剂配置成铸膜液；

C.将铸膜液于50-60℃温度下恒温搅拌，然后静置脱泡；

D.用挂膜机涂膜后放入凝固浴中经相分离成膜。