一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法技術

本發明專利技術提供了一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法。該方法打破了常規正滲透膜支撐層負載功能層的雙層結構，設計出獨特的功能層內置的一體化膜結構。此種一體化復合正滲透膜創造性地將殼聚糖溶液填充到具有內部連通三維孔結構的納米纖維膜孔洞中，再將填充到孔洞內部的殼聚糖交聯聚合作為功能層，實現功能層內置，完成了正滲透膜的一體化結構。本發明專利技術解決了一直以來常規的以納米纖維膜為支撐層的正滲透膜功能層與支撐層間界面強度低、易分離的問題，達到了避免功能層剝離的目的；另外，滲入納米纖維膜內部的殼聚糖將纖維間的節點牢牢地粘結起來，抑制了纖維的滑移、錯位、變形，大大提高了膜的強度，顯著增加了膜的耐久性和使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于膜分離
，特別是涉及一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法。
技術介紹
正滲透膜分離過程是近些年來發展起來的一種新型膜分離技術，它以膜兩側的滲透壓差為驅動力自發實現水的傳遞，與傳統的壓力驅動型膜過程相比具有能耗小、回收率高、零排放、污染小、無需外壓等優點，在海水淡化、食品濃縮、工業廢水處理、發電、藥物控制釋放等領域有著廣闊的發展空間。但目前正滲透膜分離技術并未廣泛應用，主要是因為缺乏高強度、高通量、高截留率的正滲透膜，尤其是在膜支撐層中存在的內濃差極化現象，會導致膜兩側的有效滲透壓差遠低于理論值，膜通量大幅度降低，嚴重影響過濾效率。內濃差極化已成為阻礙正滲透膜分離技術發展的一大障礙。目前已有一些緩解正滲透膜支撐層中內濃差極化現象的方法，其中，使用納米纖維膜作為支撐層是一種高效且具有前景的方案。納米纖維膜特有的內部連通三維孔結構，具有低彎曲因子、高孔隙率等優點，能極大地降低內濃差極化現象。研究者利用靜電紡膜作為支撐層制備出的結構參數極低的正滲透膜，具有遠遠高于傳統正滲透膜的通量以及抗污染性能。這種以納米纖維膜作為支撐層的正滲透膜性能優異，但卻未被廣泛使用，這很大一部分原因是由于納米纖維膜僅靠纖維間的無序搭接成膜，纖維間抱合力差，極易發生滑移、錯位、變形，致使膜的機械強度低，且容易變形。另外，目前文獻報道的納米纖維膜作為支撐層的正滲透膜通常是在納米纖維膜表面直接界面聚合，形成一層厚度不足1μm的極薄的功能層，其與表層納米纖維間的結合力微弱，導致功能層與支撐層間的界面強度極低，易發生剝離，難以經受多次循環測試，更無法長期使用。因此，納米纖維膜作為支撐層的正滲透膜結構還需要進一步改進。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法，通過將殼聚糖填充入納米纖維膜的孔洞中，加固疏松多孔的納米纖維膜結構，并將殼聚糖交聯聚合作為功能層，實現功能層內置的一體化結構。殼聚糖既起到了對支撐層的加固增強作用，又充當了過濾的主要功能體，避免了和支撐體間的剝離。為實現上述目的，本專利技術所采取的技術路線為：(1)將殼聚糖在稀酸中攪拌至完全溶解并靜置脫泡得到殼聚糖溶液；所述稀酸為可溶解殼聚糖的酸性溶液，包括稀醋酸、乳酸、三氟乙酸等，其溶質的質量分數為0.1％～15％。(2)將步驟(1)中的殼聚糖溶液刮涂在平整鋪開的納米纖維膜上，靜置待殼聚糖完全滲入膜孔內部，干燥以去除溶劑；所述納米纖維膜為有機或無機的納米纖維形成的薄膜，如聚丙烯腈靜電紡膜、巴基紙、碳纖維織物等。(3)將干燥后的膜浸泡在稀堿液中處理一段時間后用去離子水清洗干凈；所述稀堿液為質量分數0.1％～20％的NaOH、KOH、等堿性溶液。(4)將酰氯單體溶解于有機溶劑中，配置成酰氯單體溶液；所述的酰氯單體選自鄰苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯、對苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯中的一種或幾種的混合物；所述的有機溶劑為正己烷、二甲苯等可溶解酰氯單體且不溶解聚酰胺的有機溶劑。(5)將步驟(4)所得的酰氯單體溶液置于復合膜表面，反應一段時間后除去殘留的酰氯溶液；最后用去離子水清洗干凈，即可得復合正滲透膜。與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：本專利技術將殼聚糖填充入納米纖維膜中，既抑制了纖維的滑移、錯位、變形，大大提高了膜的強度；另外，將殼聚糖直接交聯聚合作為過濾的主要功能體，解決了靜電紡支撐層與功能層間界面強度低、極易剝離的問題，增加膜的耐久性。具體實施方式實施例1：(1)將1g殼聚糖溶解在19g質量分數為2％的醋酸水溶液中攪拌均勻，靜置脫泡10h，配制成質量分數為5％的殼聚糖溶液；(2)取一塊聚丙烯腈靜電紡膜平鋪在涂膜機的底板上，用涂膜機均勻地將步驟(1)中的殼聚糖溶液刮涂在PAN靜電紡膜上，靜置2min后放入烘箱50℃烘燥10h；(3)將烘干后的膜取出并用質量分數為2％NaOH水溶液浸泡處理，之后用去離子水沖洗干凈；(4)將均苯三甲酰氯溶解于正己烷中，配置成質量分數為0.2％的均苯三甲酰氯溶液；(5)將配好的均苯三甲酰氯溶液置于復合膜的表面，反應20s后，刮去殘留的均苯三甲酰氯溶液并陰干，用去離子水沖洗膜表面，即可得復合正滲透膜。實施例2：(1)將0.9g殼聚糖溶解在29.1g質量分數為1％的異丙酸水溶液中攪拌均勻，靜置脫泡20h，配制成質量分數為3％的殼聚糖溶液；(2)取一塊聚偏氟乙烯靜電紡膜平鋪在干凈的玻璃板上，用刮刀均勻地將步驟(1)中的殼聚糖溶液刮涂在聚偏氟乙烯靜電紡膜上，靜置30s后在陰涼處陰干；(3)將陰干后的膜取出并用質量分數為2％KOH水溶液浸泡處理，之后用去離子水沖洗干凈；(4)將均苯四甲酰氯溶解于正己烷中，配置成質量分數為0.3％的均苯四甲酰氯溶液；(5)將配好的均苯四甲酰氯溶液置于復合膜的表面，反應15s后，刮去殘留的酰氯溶液并陰干，用去離子水沖洗膜表面，即可得復合正滲透膜。實施例3：(1)將0.8g殼聚糖溶解在19.2g質量分數為1％的三氟乙酸等水溶液中攪拌均勻，靜置脫泡5h，配制成質量分數為4％的殼聚糖溶液；(2)取一張巴基紙平鋪在干凈的玻璃板上，用刮刀均勻地將步驟(1)中的殼聚糖溶液涂覆在刮涂在巴基紙上，靜置1min后放入烘箱60℃烘燥8h；(3)將烘干后的膜取出并用質量分數為2％NaOH水溶液浸泡處理，之后用去離子水沖洗干凈；(4)將對苯二甲酰氯溶解于正己烷中，配置質量分數為0.5％的對苯二甲酰氯溶液；(5)將配好的對苯二甲酰氯溶液置于復合膜的表面，反應15s后，刮去殘留的酰氯溶液并陰干，用去離子水沖洗膜表面，即可得復合正滲透膜。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法，其特征在于：所述的復合正滲透膜是以納米纖維膜為支撐體，以殼聚糖粘結加固并直接交聯作為功能層的一體化膜結構。殼聚糖既充當了過濾的主要功能體，又起到了對支撐層的加固增強作用。

【技術特征摘要】
1.一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜的結構設計及制備方法，其特征在于：所述的復合正滲透膜是以納米纖維膜為支撐體，以殼聚糖粘結加固并直接交聯作為功能層的一體化膜結構。殼聚糖既充當了過濾的主要功能體，又起到了對支撐層的加固增強作用。2.根據權利要求1所述的一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜，其特征在于：所述的復合正滲透膜制備方法如下：(1)將殼聚糖在稀酸中攪拌至完全溶解并靜置脫泡得到殼聚糖溶液；(2)將步驟(1)中的殼聚糖溶液刮涂在平整鋪開的納米纖維膜表面，靜置待殼聚糖完全滲入膜孔內部，干燥以去除溶劑；(3)將干燥后的膜浸泡在稀堿液中處理一段時間后用去離子水清洗干凈；(4)將酰氯單體溶解于有機溶劑中，配置成酰氯單體溶液；(5)將步驟(4)所得的酰氯單體溶液置于復合膜表面，反應一段時間后除去殘留的酰氯溶液；最后，用去離子水清洗干凈，即可得復合正滲透膜。3.根據權利要求2所述的一種殼聚糖/納米纖維復合正滲透膜，其特征在于：步驟(1)中所述攪拌溫度為0～70℃，攪拌時間為1～10小時；所述稀酸為可溶解殼聚糖的酸性溶液，包括稀醋酸、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐志偉，孫晚瑩，錢曉明，王維，牛家嶸，李翠玉，李鳳艷，田旭，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：天津;12