一种木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜及其制备方法与应用

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、地球表面近70％为海洋覆盖，含水量超过1.36×1018立方米。然而，可供人类直接利用的淡水资源仅占世界总水量的0.04％。淡水生态系统是动植物生存的基础，随着气候的恶化和经济的快速增长，许多河流、湖泊和地下水资源受到现代工业活动的严重破坏，全球缺水的问题日益突出。

2、海水淡化是解决全球缺水的有效途径，传统的海水淡化技术主要为热蒸馏和反渗透，但是无论是热蒸馏还是反渗透的方法都需要使用各种复杂的机械设备，同时消耗大量的化石能源。因此，探索高效节能、经济的海水淡化工艺，以满足日常生产的需要，仍然是迫切需要解决的技术难题。

3、太阳能是人类取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源，太阳照射在地球表面的太阳辐射功率高达1.73×1017w，远超人类全年的发电量，理论上可提供足够的能源消耗。值得注意的是，光热转换是利用太阳能最可靠的方式，因为光热材料可以将吸收光子的能量转换成热能的形式，能够有效提高周围环境的温度，实现太阳能的利用。近年来，使用太阳能光热转换原理来蒸发海水，可以在较低的温度和压力下，高效地获取大量的清洁饮用水，这是传统的热蒸发和反渗透技术无法实现的，因此成为清洁淡水生产的一种有前途的发展趋势，这种新的绿色技术也为解决水资源稀缺问题提供了一种成本低廉的有效方法。

4、现有技术中虽然公开了部分用于海水淡化的膜材料，但是其抗菌性能较差、力学性能差、光热转化性能较差且无法降解。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜及其制备方法与应用。本发明利用木质素纳米瓶和甲壳素纳米晶为二元纳米增强填料，不仅提高了纳米复合膜的力学性能，而且还有出色的抗菌和抗紫外性能，且具有较高的光热转化性能，因此本发明提供的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜有望作为海水淡化蒸发膜应用于海水淡化。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，包括：

4、(1)将纯化的木质素加入γ-丁内酯的水溶液中，混合均匀后，将混合溶液滴入去离子水中，得木质素纳米瓶混悬液，透析去除γ-丁内酯，冷冻干燥获得木质素纳米瓶；

5、(2)将甲壳素加入低共熔溶剂中，搅拌反应，多次离心水洗固体沉淀物，将沉淀物再次分散于去离子水中，后经超声细胞破碎机超声处理，获得甲壳素纳米晶悬浮液；

6、(3)将聚乙烯醇分散于去离子水中，得聚乙烯醇溶液，将步骤(1)中获得的木质素纳米瓶，步骤(2)中获得的甲壳素纳米晶悬浮液加入聚乙烯醇溶液中，混合均匀后，将混合溶液风干成膜，获得木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜。

7、本发明的第二个方面，提供由上述制备方法制备的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜。

8、本发明的第三个方面，提供上述木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜在太阳能驱动海水淡化中的应用。

9、本发明的有益效果在于：

10、(1)本发明中纳米复合膜的原料，木质素、甲壳素以及聚乙烯醇均具有可降解性，同时木质素纳米瓶和甲壳素纳米晶作为纳米增强填料，他们之间存在的相互作用力极大的提高了纳米复合膜的力学性能。木质素纳米瓶不仅可以暴露出更多的的抗菌活性位点、还可以增加与细菌的接触面积，甲壳素纳米晶本身也具有一定的抗菌效果，二者的协同作用后赋予了复合薄膜出色的抗菌性能。由于木质素纳米瓶独特的纳米瓶结构使得木质素纳米瓶具有较大的光吸收截面，因此复合薄膜有着出色的光热转化性能和抗紫外性能。

11、(2)本发明制备的纳米复合膜具有65mpa的拉伸应力以及高达611.5％的超高断裂伸长率，有效的解决了目前聚乙烯醇力学性能差的问题，极大扩宽了薄膜的适用范围。

12、(3)通过红外摄像机测定本发明制备的纳米复合膜的温度，其在最优的条件下可达62.1℃，具有优异的光转换效率，因此有望作为海水淡化蒸发膜应用于海水淡化。

技术特征：

1.一种木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述γ-丁内酯的水溶液中γ-丁内酯与去离子水的体积比为8～10:1，优选为9:1；

3.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，透析袋截留的分子量为1000mw，透析的时间为48～96h。

4.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，所述低共熔溶剂为氯化胆碱-乳酸，所述氯化胆碱和乳酸的摩尔比为1.5～2.5:1，优选为2:1；

5.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，多次离心水洗固体沉淀物直至分散液的ph值为6～7；

6.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，聚乙烯醇分散于去离子水搅拌的聚乙烯醇溶液的温度为80～100℃，优选为90℃，搅拌的时间为2.5～4h，优选为3h。

7.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，聚乙烯醇与去离子水的质量比为1.5:28～30。

8.如权利要求1所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，基于1.5g聚乙烯醇、木质素纳米瓶的量为1.5～75mg，甲壳素纳米晶悬浮液为2～3ml。

9.权利要求1～8任一项所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜的制备方法制备的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜。

10.权利要求9所述的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜在太阳能驱动海水淡化中的应用。

技术总结
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜及其制备方法与应用。本发明利用木质素纳米瓶和甲壳素纳米晶为二元纳米增强填料，不仅提高了纳米复合膜的力学性能，而且还有出色的抗菌和抗紫外性能，且具有较高的光热转化性能，因此本发明提供的木质素纳米瓶/甲壳素纳米晶/聚乙烯醇纳米复合膜有望作为海水淡化蒸发膜应用于海水淡化。

技术研发人员：王超,李国庆,邢依珂,邵鲁鹏,许凤,杨桂花
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22