[发明专利]一种梯度孔道微滤炭膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种梯度孔道微滤炭膜的制备方法，属于分离材料技术领域。本发明通过培养细菌纤维素膜作为炭膜主体，再复合壳聚糖后通过水热法沉积无定形碳层，形成网状交联结构，固化交联后形成的膜层结构更致密，且在炭化过程中碳氧键发生断裂，使氧脱出，剩余的带有双烯结构的链状碳再进行重排，发生环化反应，形成六元稠环结构，并在此基础上发生进一步的脱氢、重排反应，生成乱层碳微晶结构，形成更致密的炭膜，显著提高气体的渗透通量，而气体的分离选择性并没有明显地降低；本发明有效降低了炭膜的污染及浓差极化现象引起的跨膜压差增加、膜渗透量和分离效率下降、膜的处理能力迅速降低，延长炭膜的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种梯度孔道微滤炭膜的制备方法，属于分离材料技术领域。

背景技术

炭膜，也被称为炭分子筛膜，该膜是一种固体碳质材料，主要由高温惰性气氛下热解制备的一种无机多孔膜，具有分离选择性高、具有发达的空隙结构、化学稳定性好、耐酸碱、能耗低等优势。炭膜分离气体基于气体在膜中的传递特性即扩散机理，主要分为努森扩散模型，毛细管冷凝模型，表面扩散模型，分子筛分模型四种理论。炭膜分离液体基于孔径筛分机理，主要应用于微滤和超滤方面。

炭膜的分类方式主要有：从膜的孔径特征上可分为：致密性炭膜和多孔性炭膜；从膜的形状上可分为：管状膜、板状膜以及中空纤维膜；从膜的结构上可以分为支撑体炭膜及非支撑体炭膜。无支撑体膜质地脆，通常是由含碳聚合物膜直接炭化而成的均质结构，常用于实验室研究。

炭膜因其具有均一的孔径分布、良好的化学稳定性、耐酸碱腐蚀以及较高的气体渗透能力等优点，具有广阔的应用前景。（1）液体分离应用，如饮用水的净化、啤酒的无菌过滤处理、石油与化工废水的处理等方面的研究工作已经取得了较好的成果。（2）气体分离应用，气体分离炭膜通常被用于O₂/N₂的分离、CO₂/N₂的分离、H₂富集回收、空气中的有机蒸汽脱除等。

炭膜作为一种新颖的无机膜材料，是由含碳的前驱体材料经高温热解制备而成。膜分离技术在水处理过程中，随着处理时间的延长膜的渗透量会逐渐下降，造成膜渗透量的下降主要由两个原因造成，一是浓差极化现象，二是污染物质在膜孔内逐渐吸附、沉积使膜孔堵塞以及表面污染层造成的膜污染。膜的污染及浓差极化现象引起跨膜压差增加、膜渗透量和分离效率下降、膜的处理能力迅速降低、膜更换周期缩短，这影响了膜分离过程的安全性、稳定性以及经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有炭膜易被污染物质在膜孔内逐渐吸附、沉积使膜孔堵塞以及表面污染层造成的膜污染及浓差极化现象引起跨膜压差增加、膜渗透量和分离效率下降的问题，提供了一种梯度孔道微滤炭膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种梯度孔道微滤炭膜的制备方法，具体制备步骤为：

（1）取葡萄糖、酵母浸膏、琼脂、蛋白胨、磷酸氢二钠，加入去离子水中混合，并用柠檬酸调节pH为5.5～6.5，再灭菌处理得培养基；

（2）取活菌数为3×10⁸～5×10⁸U/g的木醋杆菌液接种至培养基中，在30～32℃恒温培养箱中培养24～48h，得发酵培养液；

（3）将发酵培养液注入模具中并压制成1～3mm的薄层，再将模具放入充满氧气的密闭环境中培养7～10天，取出产物用质量分数为0.1%氢氧化钠溶液浸泡3～5次，再水洗得细菌纤维素膜；

（4）将细菌纤维素膜浸泡在质量分数为1%壳聚糖溶液中，再加入葡萄糖溶解，在水热反应釜中反应1～2h后取出反应产物干燥，得复合膜；

（5）将复合膜置于炭化炉中，在保护气体保护下进行炭化，得梯度孔道微滤炭膜。