[发明专利]一种用于醇水分离的木素磺酸钙/海藻酸钠渗透汽化膜的制备

说明书

本发明公开了一种用于分离乙醇水的渗透汽化膜。包括以下步骤：1)取一定质量的木素磺酸钙和海藻酸钠，将其超声溶解，均匀共混，制得制膜液；2)将制膜液过滤、静置、脱泡后，在超滤底膜上刮膜，得湿膜；3)再将湿膜在室温下干燥，经过交联，进一步干燥，即得到木素磺酸钙/海藻酸钠复合膜。本发明主要利用木素磺酸钙的亲水性以及其存在的钙离子与海藻酸钠能够交联成网络，进而得到较为致密的复合膜，提高膜的渗透汽化性能，实现木素磺酸钙高值化利用。

技术领域：

本发明涉及一种含木素磺酸钙的海藻酸钠脱水膜的制备，特别是针对造纸废弃物木素磺酸钙在分离膜中的应用。

技术背景：

木质素是仅次于纤维素的，储量最为丰富的天然高分子化合物，其结构中具有大量的不同类型的活性集团，且具有可再生、可降解、来源广、低价、无毒等优点。木质素结构单元侧链上存在醇羟基，可同亚硫酸钙反应生成木素磺酸钙；木素磺酸钙是应用广泛、来源丰富的木质素衍生物。因其含有磺酸基、羟基、羧基等亲水性集团而极易溶于水。木素磺酸钙的亲水性和可成膜性使其可结合其他材料，作为表面改性层。目前，木素磺酸钙通常来自酸法制浆的蒸煮废液，主要应用于混凝土减水剂、耐火材料、饲料等，大部分被直接燃烧掉，只有不到2％被利用，所以木素的高值化利用广受关注。

膜分离是在20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术，其兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤、过程简单和易于控制等特点；目前，已广泛应用于水处理、化工、环保、能源、石油、冶金、食品和医药等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，成为现代绿色分离科学中最为重要的手段之一。

渗透汽化是一种研究时间相对较短的膜分离技术。该法特别适合分离蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点有机混合物溶液；对有机溶剂及混合物中水的脱除、废水中少量挥发性有机物的脱除及水溶液中高附加值组分的回收，具有明显的技术和经济上的优势。渗透汽化作为一种新型的膜分离技术，在工艺过程中不引入第三组分、工艺简单、不产生污染、且能耗较低。在有机溶剂脱水领域，渗透汽化技术已取得显著成绩，乙醇、异丙醇脱水已经工业化，运行结果表明，节能方面其优于共沸蒸馏。提高渗透汽化膜的性能其关键是选择优异的渗透汽化膜材料。

海藻酸钠是一种水溶性的天然聚多糖，具有良好的成膜性和较好的亲水性，是一种最常用的渗透汽化膜材料。但是它的耐溶剂、耐温度性及力学性能都较差，因此，人们常对其进行共混、复合、接枝、杂化等改性。研究发现，海藻酸钠上的Na⁺能与Ca²⁺发生离子交换反应，堆积形成交联网络结构，从而形成较为致密分离膜。

本发明通过流延刮膜法制备了一种渗透汽化膜。选用天然多糖海藻酸钠为主要制膜液，利用木素磺酸钙中的Ca²⁺，与海藻酸钠形成交联反应，制备出结构更为致密的复合膜，应用于醇水分离。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种木素磺酸钙/海藻酸钠脱水膜的制备方法，采用该种方法制备的渗透汽化膜能够同时提高纯海藻酸钠膜的选择性和渗透通量，同时实现木素磺酸钙在膜分离领域的应用。包括以下步骤：

将海藻酸钠溶于水中恒温搅拌至完全溶解，配置0.03g/ml的海藻酸钠溶液，将木素磺酸钙按一定比例溶解在海藻酸钠溶液中，搅拌3小时使木素磺酸钙和海藻酸钠混合均匀，静置以除去气泡；将脱泡的制膜液倾倒在一定大小的聚丙烯腈超滤底膜，采用流延法进行刮膜，将制得的湿膜在室温下干燥；接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L的氯化钙溶液中交联10分钟，交联后用水反复清洗，在室温下干燥，即得到木素磺酸钙/海藻酸钠复合膜；

作为本发明的用于一种含木素磺酸钙的海藻酸钠脱水膜的制备方法的进一步改进：作为优选，添加的木素磺酸钙与海藻酸钠的质量比例为1-10％。