[发明专利]一种纳米纤维素/滤纸复合过滤膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素/滤纸复合过滤膜材料的制备方法，包括1)应用TEMPO氧化结合机械处理法从纤维素原料制备纳米纤维素；2)用真空抽滤法，将纳米纤维素和基材滤纸进行层级复合，制备出纳米纤维素/滤纸层级复合过滤膜材料；或，采用抄纸工艺，将纳米纤维素和滤纸浆嵌入式复合，制备出纳米纤维素/滤纸嵌入复合过滤膜材料。本发明通过控制纳米纤维素的形貌尺寸大小、纳米纤维素与普通滤纸(滤纸浆)的复合方式(层级/嵌入)以及干燥方式实现了复合超滤膜及微滤膜材料的性能可控性。复合过滤膜材料中含有带负电性的纳米纤维素，不仅有过滤性能，且可有效提高对细小微粒的吸附能力，提高过滤效率。

技术领域

本发明属于过滤膜材料技术领域，具体涉及一种纳米纤维素/滤纸(滤纸浆)复合过滤膜材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展以及生态环境的日益恶化，物质分离已经成为目前最重要的研究课题之一。作为一项非常高效的分离技术，膜分离技术是于20世纪60年代后兴起并迅速发展起来的。和过滤、蒸馏、蒸发结晶等传统分离手段相比，具有无相变、低能耗、高效率、技术简单、于常温下可持续操作、绿色无污染等优点。在石油化工、冶金、电子、生物工程、医疗卫生等领域中有着广泛的应用。

膜分离技术是以选择透过膜为介质，以压力差、化学位差及电位差等为推动力，从而实现对两组分或多组分气体或液体进行分离、纯化和浓缩的方法，被称为21世纪最重要的高新技术之一。膜分离技术按照分离膜的功能性分类包括：微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)、气体分离膜(GS)、电渗析膜(ED)、渗透汽化膜(PV)等。其中，微滤膜和超滤膜在膜分离研究中尤为重要，在众多领域实现了广泛的应用。

早期的超滤技术主要应用于污水处理方面。随着技术的发展，目前已广泛应用于医药工业、生物制剂、印染废水、环境工程等其他众多领域。微滤是所有膜过程中应用最普遍、总销售额最大的一项膜分离技术。目前制药行业的过滤除菌是微滤膜技术最大的市场，电子工业制备高纯水次之。饮用水生产和城市污水处理是微滤膜应用的两大潜在市场；微滤膜在工业废水处理和微生物工业应用领域也在不断发展壮大。

综合考虑目前微滤膜和超滤膜的膜材料研究及应用状况，发现大多数的制膜过程都比较复杂，造成了膜的成本居高不下，在一定程度上限制了其大规模工业应用。所以寻找新的制膜材料，研究新的制膜方法以降低成本，简化制膜工艺是很有必要的。

纳米纤维在许多新兴的环境应用中已经展现出巨大的潜力。高表面积-体积比、高孔隙率(超过80％)等优点使得它比传统的无纺布和高分子膜材料更有效。日本和美国均有用纳米纤维素纤维作为膜滤器(无菌装置、超滤装置、反渗透滤膜等)的应用。CN103111193A通过静电纺丝的方法制得纳米纤维并在接收装置上凝聚成纳米纤维网，再将其进行热轧处理获得纳米纤维微滤膜。该膜具有过滤压降小、通量大、对微米级别粒子截留率高等优点，且该制备方法生产效率高、工艺简单。CN105214516A采用静电纺丝技术和匀胶涂覆法制得了一种以聚乙二醇层为表层，第二层为增强型纳米纤维素层，第三层为静电纺丝层，无纺布为底层的复合型水处理过滤膜，该膜孔径小、稳定性高、使用周期长、抗污染性好、通量高、截留效果好。然而，与本发明相比，上述发明制备工艺相对复杂，且成本也相对较高。由此可见，本发明制备的过滤膜材料在过滤复合材料方面有很大的应用前景。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种价格低廉、生产工艺简单、性能优良、过滤性能可控的纳米纤维素/滤纸复合微滤膜和超滤膜过滤膜材料的制备方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米纤维素/滤纸复合过滤膜材料的制备方法，步骤如下：

1)应用TEMPO氧化结合机械处理法从纤维素原料制备纳米纤维素；

2)用真空抽滤法将纳米纤维素和基材滤纸进行层级复合，制备出纳米纤维素/滤纸层级复合过滤膜材料；