一种木质素复合纳滤膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种木质素复合纳滤膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]纳滤是近十几年来兴起的一项新型膜分离技术。纳滤和反渗透、超滤一样属于压力驱动的膜过程。纳滤膜在性能上介于反渗透和超滤膜之间，截留分子量一般在200?1000范围。对二价及高价盐具有较高的脱除率，特别适于分离分子量为几百的有机物及二价、高价无机盐等，而这一分离领域是超滤膜一般无法达到的。纳滤膜比反渗透膜更“疏松”，允许部分盐和有机物的透过，使得操作压力降低，渗透通量更大。不仅节约了设备投资成本，操作及维护费用也相对较低。纳滤技术的出现填补了反渗透和超滤之间的空白，在中、小分子有机物及二价、高价盐的分离等领域具有广阔的应用前景。近年来，纳滤膜在饮用水净化、废水处理、生化和制药产品的分级与浓缩、溶剂回收等领域中的应用日益拓展。
[0003]纳滤膜从形式上可分为非对称膜和复合膜。其中复合膜由超薄的致密皮层和多孔的支撑底层组成。界面聚合法是目前使用最多、最有效的制备纳滤复合膜的方法。该方法一般过程为:先用多孔基膜吸收溶有一种单体或预聚物的水相溶液，将膜取出排除多余溶液后，再与溶有另一单体或预聚物的油相(如环己烷)接触，进行液液界面反应，在两相界面处形成膜。
[0004]木质素作为造纸工业和生物质燃料乙醇工业的主要副产品，具有存储量大、价廉等特点，如何有效利用木质素资源一直是科研人员关注的焦点。以木质素为原料的纳滤膜将大幅度降低目前纳滤膜制备工艺过程中聚醚酰亚胺等价格昂贵的膜原料的使用，为木质素在膜分离工业的应用提供了良好的技术基础。
【发明内容】
[0005]本发明的第一个目的是克服现有技术的不足，提供一种具有通量高、选择性好的特点的木质素复合纳滤膜。
[0006]本发明的第二个目的是提供一种能有效利用造纸工业的副产品的木质素复合纳滤膜的制备方法。
[0007]本发明的技术方案概述如下:
[0008]一种木质素复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤:
[0009](I)将木质素、聚醚酰亚胺和有机溶剂混合，使混合物中木质素的质量浓度为0.5%-15%，聚醚酰亚胺的质量浓度为1%_25%，在25-60°C，搅拌1_4小时，再在温度6_25°C下，静置脱泡3-24小时，制成铸膜液，按600cm2:12-20g的比例在至少有一个光滑面的无纺布的一个光滑面上刮铸膜液，在空气中放置5-60秒,再放入去离子水中,浸泡5-60分钟,取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；
[0010](2)将基膜的A面浸泡于质量浓度为0.1%_10%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡0.5-1小时，取出，用去离子水洗涤2-4次，得到交联后的膜；
[0011](3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为0.1%-2%的间苯二胺的水溶液1-2分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为
1.5%-15%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，30-60秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。
[0012]有机溶剂优选为N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或N，N- 二甲基甲酰胺。
[0013]混合物中木质素的质量浓度优选为0.5%_2%，聚醚酰亚胺的质量浓度优选为15%-25%。
[0014]上述方法制备的木质素复合纳滤膜。
[0015]本发明的优点在于:
[0016]1、本发明使用的原料中采用廉价易得的木质纤维素，反应物廉价易得，工艺简单，反应迅速。
[0017]2、得到的木质素复合纳滤膜具有较高通量，拥有较高分离选择性。
【附图说明】
[0018]图1为木质素复合纳滤膜的断面形貌。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，本发明的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
[0020]聚醚酰亚胺购于:ULTEM1100，GE公司。
[0021]实施例1
[0022]一种木质素复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤:
[0023](I)将木质素、聚醚酰亚胺和N，N-二甲基甲酰胺混合，使混合物中木质素的质量浓度为2%，聚醚酰亚胺的质量浓度为15%，在40°C，搅拌3小时，再在温度15°C，静置脱泡12小时，制成铸膜液，按600cm2:12g的比例在有一个光滑面的无纺布的光滑面上刮铸膜液，在空气中放置5秒，再放入去离子水中，浸泡10分钟，取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；
[0024](2)将基膜的A面浸泡于质量浓度为0.1%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡时间I小时，取出，用去离子水洗涤3次，得到交联后的膜；
[0025](3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为0.1%的间苯二胺的水溶液2分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为1.5%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，40秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。木质素复合纳滤膜断面形貌与实施例2的相似。
[0026]所得膜的通量为2.7L IT1nT2MPa-1,过滤浓度为10g/L的葡萄糖溶液，截留率为90%。
[0027]实施例2
[0028]一种木质素复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤:
[0029](I)将木质素、聚醚酰亚胺和N，N-二甲基乙酰胺混合，使混合中木质素的质量浓度为0.5%，聚醚酰亚胺的质量浓度为25%，在60°C，搅拌时间I小时，再在温度20°C，静置脱泡5小时，制成铸膜液，按600cm2:15g的比例在有一个光滑面的无纺布的光滑面上刮铸膜液，在空气中放置30秒，再放入去离子水中，浸泡40分钟，取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；
[0030](2 )将基膜的A面浸泡于质量浓度为5%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡时间I小时，取出，用去离子水洗涤3次，得到交联后的膜；
[0031](3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为2%的间苯二胺的水溶液2分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为5%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，60秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。木质素复合纳滤膜的断面形貌见图1，从图1中可以看出，木质素复合纳滤膜的断面结构由较薄且致密的活性分离层与多孔支撑层两部分构成，具有典型的纳滤膜非对称结构。
[0032]所得膜的通量为4.9L IT1nT2MPa-1,过滤浓度为10g/L的葡萄糖溶液，截留率为95%。
[0033]实施例3
[0034]一种木质素复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤:
[0035](I)将木质素、聚醚酰亚胺和N，N-二甲基甲酰胺混合，使混合中木质素的质量浓度为0.5%，聚醚酰亚胺的质量浓度为1%，在35°C，搅拌时间2小时，再在温度6°C，静置脱泡24小时，制成铸膜液，按600cm2:20g的比例在有一个光滑面的无纺布的光滑面上刮铸膜液，在空气中放置60秒，再放入去离子水中，浸泡5分钟，取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；
[0036](2)将基膜的A面浸泡于质量浓度为10%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡0.5小时，取出，用去离子水洗涤2次，得到交联后的膜；
[0037](3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为0.5%的间苯二胺的水溶液2分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为10%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，30秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。木质素复合纳滤膜断面形貌与实施例2的相似。
[0038]所得膜的通量为3.6L IT1nT2MPa-1,过滤浓度为10g/L的葡萄糖溶液，截留率为81%。
[0039]实施例4
[0040]一种木质素复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤:
[0041](I)将木质素、聚醚酰亚胺和N-甲基吡咯烷酮混合，使混合中木质素的质量浓度为15%，聚醚酰亚胺的质量浓度为25%，在25°C，搅拌时间4小时，再在温度25°C，静置脱泡3小时，制成铸膜液，按600cm2:18g的比例在有两个光滑面的无纺布的一个光滑面上刮铸膜液，在空气中放置40秒，再放入去离子水中，浸泡60分钟，取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；
[0042](2)将基膜的A面浸泡于质量浓度为8%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡时间I小时，取出，用去离子水洗涤4次，得到交联后的膜；
[0043](3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为1%的间苯二胺的水溶液I分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为15%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，50秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。木质素复合纳滤膜断面形貌与实施例2的相似。
[0044]所得膜的通量为1.21L IT1nT2MPa-1,过滤浓度为10g/L的葡萄糖溶液，截留率为82%。
【主权项】
1.一种木质素复合纳滤膜的制备方法，其特征是包括如下步骤: (1)将木质素、聚醚酰亚胺和有机溶剂混合，使混合物中木质素的质量浓度为0.5%-15%，聚醚酰亚胺的质量浓度为1%-25%，在25-60°C，搅拌1_4小时，再在温度6_25°C下，静置脱泡3-24小时，制成铸膜液，按600cm2:12-20g的比例在至少有一个光滑面的无纺布的一个光滑面上刮铸膜液，在空气中放置5-60秒,再放入去离子水中,浸泡5-60分钟,取出用滤纸吸干表面水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面； (2)将基膜的A面浸泡于质量浓度为0.1%-10%的乙二胺的甲醇溶液里，浸泡0.5-1小时，取出，用去离子水洗涤2-4次，得到交联后的膜； (3)将交联后的膜的A面浸泡在质量浓度为0.1%_2%的间苯二胺的水溶液1-2分钟，取出用滤纸吸干表面水分，再将浸泡过间苯二胺的交联后的膜的A面浸泡在质量比为1.5%-15%的均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，30-60秒后取出，在空气中晾干，得到木质素复合纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种木质素复合纳滤膜的制备方法，其特征是所述有机溶剂为N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或N，N- 二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种木质素复合纳滤膜的制备方法，其特征是所述混合物中木质素的质量浓度为0.5%-2%，聚醚酰亚胺的质量浓度为15%-25%。
4.权利要求1-3之一的方法制备的木质素复合纳滤膜。
【专利摘要】本发明公开了一种木质素复合纳滤膜及其制备方法，制备方法的步骤是：（1）将木质素、聚醚酰亚胺和有机溶剂混合，在25-60℃，搅拌，再在温度6-25℃下，静置脱泡制成铸膜液，在无纺布的一个光滑面上刮铸膜液，放置，再放入去离子水中，浸泡，取出吸干水分，得到基膜，将无纺布的刮铸膜液的一面称A面；（2）将基膜的A面浸泡于乙二胺的甲醇溶液里，浸泡，取出，用去离子水洗，得到交联后的膜；（3）将交联后的膜的A面浸泡在间苯二胺的水溶液，取出吸干水分，再浸泡在均苯三甲酰氯的正己烷溶液中，取出，晾干，得到木质素复合纳滤膜。本发明原料廉价易得，工艺简单，反应迅速。得到的木质素复合纳滤膜具有较高通量，较高分离选择性。
【IPC分类】B01D67-00, B01D71-74
【公开号】CN104785132
【申请号】CN201410031999
【发明人】李韡, 张金利, 周阿洋, 娄利亚
【申请人】天津大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年1月22日