一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为70-95%的丝素蛋白、重量比为3-30%的碳纳米球，过滤膜的厚度为0.05-5μm，纤维的比表面积大，吸附作用强，强度大，耐用。该纳米过滤膜的制备方法，包括如下步骤：（1）、将蚕丝放入碳酸钠溶液中，煮沸脱胶，过滤得到丝素蛋白粗料；（2）、将得到的丝素蛋白粗料投入到氯化钙溶液中溶解，得到丝素蛋白初液；（3）、将得到的丝素蛋白初液进行脱盐，得到丝素蛋白液；（4）、向得到的丝素蛋白液中加入碳纳米球，超声波分散均匀，得到纺丝液；（5）、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，得到纳米过滤膜。
【专利说明】一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水过滤【技术领域】，特别是涉及一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]蚕丝是一种具有优良特性的天然蛋白质，只要由丝胶和丝素组成，其中丝素是主要成分，占蚕丝蛋白质重量的70-80%，对于丝素蛋白的使用，古往至今，一直是作为丝绸、月艮饰，为了进一步提高丝素蛋白的利用价值，近些年，致力于丝素蛋白在其它领域的研究逐渐增多，其中一项是丝素蛋白在膜领域的研究，如专利号为CN103341209的中国发明专利于2013年10月9日公开的一种丝素蛋白纳米纤维膜以及制备方法，以天然蚕丝为主要原料，经酸性盐溶液溶解、成膜、除盐后，再以甲酸或六氟异丙醇溶解配置成纺丝液，经静电纺丝制备成丝素蛋白基纳米纤维膜，膜结构稳定可控、生物相容性良好，可用作医用生物材料。本发明公开的制备方法简单、流程短、成膜与纺丝效率高，适合于工业化大规模生产。但是该方法得到的膜也有一些不足:1、由于蚕丝的特性导致得到膜的强度低，支撑性能差；2、不能满足过滤膜的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一是提供一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜；
本发明的目的之二是提供含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法。
[0004]为了达到上述目的之一，本发明采用的技术方案如下，一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为70-95%的丝素蛋白、重量比为3-30%的碳纳米球或碳纳米管，所述复合纤维的直径为20-30nm，过滤膜的厚度为0.05-5 μ m,纤维的比表面积大，吸附作用强，强度大，耐用。
[0005]为了达到上述目的之二，本发明采用的技术方案如下:一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，包括如下步骤:
(1)、将蚕丝放入水或质量分数为6-10%的碳酸钠溶液中，煮沸脱胶10-20min，过滤得到丝素蛋白粗料；
(2)、将得到的丝素蛋白粗料以1:6-10%(W/V)的配比投入到煮沸的质量分数为35-55%的氯化钙溶液中，溶解3-5mim，得到丝素蛋白初液；
(3)、将得到的丝素蛋白初液进行脱盐，得到浓度为55-65%的丝素蛋白液；
(4)、向得到的丝素蛋白液中加入碳纳米球或碳纳米管，超声波分散均匀，得到纺丝液；
(5)、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，得到纳米过滤膜。
[0006]该技术方案以丝素蛋白为膜的主要成分，纤维的牢固性好，不易断，膜更加耐用，添加有纳米碳，除了有纳米碳的特性外，还能增加膜整体的强度，弥补丝素蛋白强度差的不足。
[0007]作为优选，步骤(3)中的脱盐采用中空纤维超滤膜脱盐方式，中空纤维超滤膜脱盐时间短，批量大，脱盐效率高，而且能同时对丝素蛋白初液进行浓缩。
[0008]作为优选，所述碳纳米球或碳纳米管的直径为5-10nm，利于分散均匀，并且不影响膜的最终物理性能。
[0009]作为优选，步骤(2)中氯化钙溶液的pH为7.0-7.3，在呈微中性的溶液中，丝素蛋白的溶解性最佳。
[0010]作为优选,所述静电纺丝过程中，接收距离为20-22OT ;针头内径为0.1-0.5mm M液流速为0.5-1.0mL/h，静电纺丝参数直接决定所得纤维的质量，包括直径大小，直径的均匀度等，合适的参数使得纤维直径小，并且直径均一，变化的范围小，对稳定过滤膜的性能起到重要作用。
[0011]作为优选，该制备方法还包括步骤(5)之后的洗膜和晾干过程:将纺丝得到的纳米过滤膜放入乙醇溶液中浸溃，然后低温晾干。通过乙醇浸溃，膜的致密性更好，有利于提高膜的过滤性能，并且有利于膜性能的稳定，提高膜的使用寿命；低温晾干防止丝素蛋白遇高温变形导致膜的变形。
[0012]作为优选，所述乙醇溶液的体积浓度为65-70%。
[0013]作为优选，浸溃时间为10_15min。
[0014]作为优选，所述晾干温度为30_40°C。
[0015]通过实施上述技术方案，本发明具有如下优点:本发明制备方法简单、流程短、成膜与纺丝效率高，对设备要求低，生产成本低；所得到的过滤膜强度大，纤维不易断裂，耐用，比表面积大，过滤效果好，性能稳定。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例,对本发明进一步解释。
[0017]实施例1:
一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，包括如下步骤:(I)、将蚕丝放入水中，煮沸脱胶20min，过滤得到丝素蛋白粗料；
(2)、将得到的丝素蛋白粗料以1:8% (W/V)的配比投入到煮沸的质量分数为35%的、pH为7.1的氯化钙溶液中，溶解3mim，得到丝素蛋白初液；
(3)、将得到的丝素蛋白初液采用中空纤维超滤膜进行脱盐，得到浓度为65%的丝素蛋白液；
(4)、向得到的丝素蛋白液中加入直径为5nm的碳纳米球，超声波分散均匀，得到纺丝液；
(5)、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，接收距离为20Cm、针头内径为0.1mm、溶液流速为1.0mL/h、电压为10v，得到纳米过滤膜。
[0018]按照本实施例的制备方法，得到的纳米过滤膜，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为95%的丝素蛋白、重量比为3%的碳纳米球或碳纳米管，所述复合纤维的直径为22-25nm，过滤膜的厚度为5 μ m。
[0019]通过控制静电纺丝的条件，调节膜的孔径，得到不同孔径的过滤膜，适用于不同孔径大小需要的产品上，如水处理中的微滤、超滤，不同过滤效果的口罩等。
[0020]实施例2:
一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，包括如下步骤:(I )、将蚕丝放入水或质量分数为6%的碳酸钠溶液中，煮沸脱胶lOmin，过滤得到丝素蛋白粗料；
(2)、将得到的丝素蛋白粗料以1:6% (W/V)的配比投入到煮沸的质量分数为55%的、pH为7.3的氯化钙溶液中，溶解4mim，得到丝素蛋白初液；
(3)、将得到的丝素蛋白初液采用中空纤维超滤膜进行脱盐，得到浓度为55%的丝素蛋白液；
(4)、向得到的丝素蛋白液中加入直径为6nm碳纳米球，超声波分散均匀，得到纺丝液；
(5)、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，接收距离为22cm;针头内径为0.5mm;溶液流速为0.5mL/h、电压为15v，得到纳米过滤膜。
[0021]按照本实施例的制备方法，得到的纳米过滤膜，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为90%的丝素蛋白、重量比为5%的碳纳米球或碳纳米管，其余为水分，所述复合纤维的直径为25-30nm，过滤膜的厚度为3.5 μ m。
[0022]实施例3:
一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，包括如下步骤:(I )、将蚕丝放入水或质量分数为8%的碳酸钠溶液中，煮沸脱胶15min，过滤得到丝素蛋白粗料；
(2)、将得到的丝素蛋白粗料以1:10% (W/V)的配比投入到煮沸的质量分数为40%的、PH为7.0的氯化钙溶液中，溶解5mim，得到丝素蛋白初液；
(3)、将得到的丝素蛋白初液采用中空纤维超滤膜进行脱盐，得到浓度为60%的丝素蛋白液；
(4)、向得到的丝素蛋白液中加入直径为1nm碳纳米管，超声波分散均匀，得到纺丝液；
(5)、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，接收距离为21cm;针头内径为0.3mm;溶液流速为0.6mL/h、电压为15v，得到纳米过滤膜。
[0023](6)、洗膜和晾干:将纺丝得到的纳米过滤膜放入乙醇溶液中浸溃，然后低温晾干，乙醇溶液的体积浓度为65-70%，本实施例为优选地70%，浸溃时间为10-15min，本实施例为优选地lOmim，晾干温度为30-40°C，本实施例为优选地35°C。
[0024]按照本实施例的制备方法，得到的纳米过滤膜，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为70%的丝素蛋白、重量比为26%的碳纳米球或碳纳米管，其余为水，所述复合纤维的直径为20-25nm,过滤膜的厚度为0.05 μ m。
【权利要求】
1.一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜，其特征在于，由丝素蛋白和纳米碳组成的复合纤维构成，单位面积膜内含有重量比为70-95%的丝素蛋白、重量比为3-30%的碳纳米球或碳纳米管，所述复合纤维的直径为20-30nm，过滤膜的厚度为0.05-5 μ m0
2.如权利要求1所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)、将蚕丝放入水或质量分数为6-10%的碳酸钠溶液中，煮沸脱胶10-20min，过滤得到丝素蛋白粗料； (2)、将得到的丝素蛋白粗料以1:6-10%(W/V)的配比投入到煮沸的质量分数为35-55%的氯化钙溶液中，溶解3-5mim，得到丝素蛋白初液； (3)、将得到的丝素蛋白初液进行脱盐，得到浓度为55-65%的丝素蛋白液； (4)、向得到的丝素蛋白液中加入碳纳米球或碳纳米管，超声波分散均匀，得到纺丝液； (5)、将所得到的纺丝液进行静电纺丝，得到纳米过滤膜。
3.根据权利要求2所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的脱盐采用中空纤维超滤膜脱盐方式。
4.根据权利要求2所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，所述碳纳米球或碳纳米管的直径为5-10nm。
5.根据权利要求2所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氯化钙溶液的pH为7.0-7.3。
6.根据权利要求2所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝过程中，接收距离为20-22 cm ;针头内径为0.1-0.5mm ;溶液流速为0.5-1.0mL/h0
7.根据权利要求2所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，还包括步骤(5)之后的洗膜和晾干过程:将纺丝得到的纳米过滤膜放入乙醇溶液中浸溃，然后低温晚干。
8.根据权利要求7所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液的体积浓度为65-70%。
9.根据权利要求8所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，浸溃时间为10_15min。
10.根据权利要求7所述一种含有丝素蛋白的纳米过滤膜的制备方法，其特征在于，所述晾干温度为30-40°C。
【文档编号】B01D71/74GK104474914SQ201410741617
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】张丽明 申请人:张丽明