一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法
2023-10-27 14:54:07 2
專利名稱：一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子膜分離技術領域，具體涉及一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法。
背景技術：
隨著社會的高速發展和人口的急劇增加，淡水資源短缺問題已經引起世界各國的普遍重視。我國是水資源大國，同時也是最為缺水的國家之一。從海水中獲取淡水資源是解決淡水資源短缺問題的重要方法。傳統的海水淡化主要採用反滲透膜技術，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離技術，對反滲透膜一側的料液施加壓力，當壓力超過其滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透，從而在反滲透膜的低壓側得到透過的溶劑，即滲透液，高壓側得到濃縮的溶液，即濃縮液。用反滲透膜技術處理海水時，在反滲透膜的低壓側得到淡水，在高壓側得到滷水。採用反滲透膜技術進行海水淡化，淡水的產率不高，需要耗費大量的能源以提供高壓進行驅動，不僅反滲透膜汙染嚴重，而且產生·的廢水汙染環境。近年來，研究人員找到了一種能效相對較高的正滲透膜技術，以替代反滲透膜技術。用正滲透膜技術處理海水時，水在滲透壓差的驅動下從高水化學勢區通過正滲透膜向低水化學勢區傳遞，而溶質分子或離子被截留。與通過外加壓力作為驅動力的反滲透膜技術不同，正滲透膜技術是通過跨膜滲透壓差Λ η為驅動力使水通過分離膜，最終導致原料液的濃縮和汲取液的稀釋，並且可以藉助化學沉降、冷卻沉降、熱分解、熱揮發等標準方法從稀釋的汲取液中獲得標準純水。正滲透膜技術具有能耗低、汙染小、膜組件簡單等獨特優點，為水資源和環境問題提供了低能耗、高效率的解決方法，是一種實用性很強的環境友好型技術，已引起科學界的廣泛關注，其應用領域除了海水淡化外，還包括水淨化、廢水處理、食品、醫藥、能源等。正滲透膜技術有望使海水淡化工廠的能耗降低至少30%，生產過程簡單，大型海水淡化設施可按需進行組裝。正滲透膜技術還可用於處理深層地下水、河口水等苦鹹水，由於廢水鹹度比海水低，滲透壓較高，廢水的膜通量更高，同時深層地下水的儲量非常豐富，正滲透膜技術有望取得了不起的成就。此外，正滲透膜技術在能源領域也有巨大的市場潛力，它可以利用河流入海口地區海水與河水之間的滲透壓差來發電，歐洲國家已經把目光瞄準了這個市場。正滲透膜技術也是目前唯一能夠為深空探索提供淡水來源的技術手段，在未來的載人航天項目中，該技術將大有用武之地。在正滲透膜技術中，正滲透膜材料是關鍵，這種膜必須能提供較大的水通量，大幅度降低濃差極化，具有高截留率、優良的化學穩定性和一定的機械強度。根據文獻報導，目前商品化的正滲透膜主要有美國Hydration Technologies公司生產的三醋酸纖維素正滲透膜，但由於這種膜材料易於降解而限制了其應用。因此，有必要開發壽命長、強度好、抗汙染、價格低的新型正滲透膜，在提高膜材料和膜組件性能的同時大幅降低製造成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，包括以下步驟
1)將醋酸丁酸纖維素和甲醯胺加入到溶劑中並加熱攪拌，待醋酸丁酸纖維素和甲醯胺完全溶解後，室溫下靜置脫泡得到鑄膜液，該鑄膜液中醋酸丁酸纖維素的重量百分比含量為10% 30%、甲醯胺的重量百分比含量為5% 30% ；
2)將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜；
3)將上述液膜在室溫下停留一段時間，然後放入凝膠介質中，得到醋酸丁酸纖維素正滲透膜。
優選地，在步驟I)中，所述的溶劑為二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、1，4_ 二氧六環、丙酮中的至少一種。優選地，在步驟I)中，所述的加熱攪拌的加熱溫度為25°C 75°C。優選地，在步驟2)中，所述的液膜的厚度為70Mm 90Mm。優選地，在步驟3)中，所述的醋酸丁酸纖維素正滲透膜的厚度為40Mm 60Mffl。優選地，在步驟3)中，所述的凝膠介質是溫度為5°C 20°C的水或含所述的溶劑的水溶液，所述的在室溫下停留的時間為2iT3S。與現有技術相比，本發明的優點在於本發明製備方法工藝簡單，成本低，採用該製備方法製得的醋酸丁酸纖維素正滲透膜具有良好的化學穩定性、極高的截留率和水通量，為海水淡化、水淨化、廢水處理、食品、醫藥、能源等領域提供了一種新型正滲透膜材料。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例I
步驟I :稱取36. 5g 二甲基乙醯胺、7. 5g甲醯胺、6g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在55°C 75°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為75Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為14°C的水中，得到厚度為50μπι的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、O. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對O. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為97. 6%，水通量為 15. 45L/ (m2 h)。實施例2
步驟I :稱取40g 二甲基甲醯胺、5g甲醯胺、5g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在55°C 75°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為90Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為5°C的含二甲基甲醯胺的水溶液中，得到厚度為60Mffl的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。
採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、O. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對O. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為97. 2%，水通量為 13. 38L/ (m2 h)。
實施例3
步驟I :稱取34g 1，4-二氧六環、IOg甲醯胺、6g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在25°C 35°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為85Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為20°C的含1，4- 二氧六環的水溶液中，得到厚度為50Mm的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。
採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、O. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對O. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為99. 7%，水通量為 8. 74L/ (m2 h)。
實施例4
步驟I :稱取20g 二甲基乙醯胺、15g 二甲基甲醯胺、2. 5g甲醯胺、12. 5g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在55°C 75°C;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為70Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為12°C的含二甲基乙醯胺的水溶液中，得到厚度為50Mm的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、O. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對0. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為
96.4%，水通量為 15. 78L/ (m2 h)。實施例5
步驟I :稱取25g 二甲基乙醯胺、IOg甲醯胺、15g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在55°C 75°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為75Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為16°C的水中，得到厚度為50μπι的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、0. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對0. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為
97.2%，水通量為 15. 19L/ (m2 h)。
實施例6
步驟I :稱取29g 二甲基甲醯胺、15g甲醯胺、6g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，加熱溫度控制在55°C 75°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為70Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為14°C的含二甲基甲醯胺的水溶液中，得到厚度為40Mm的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、0. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對0. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率為97 %，水通量為 IlL/ (m2 h)。
實施例7
步驟I :稱取30g丙酮、IOg甲醯胺、8. 78g醋酸丁酸纖維素，混合之後加熱攪拌溶解，力口熱溫度控制在55°C 75°C ;待完全溶解之後室溫下靜置脫泡，得到鑄膜液；
步驟2 :將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜，該液膜的厚度為80Mm ；
步驟3 :將上述液膜在室溫下停留2iT3S，然後放入預先準備好的溫度為15°C的水中，得到厚度為50μπι的醋酸丁酸纖維素正滲透膜。
採用4mol/L的葡萄糖作為汲取液、O. lmol/L的氯化鈉水溶液作為原料液，經測試，本實施例中得到的醋酸丁酸纖維素正滲透膜對O. lmol/L的氯化鈉水溶液的截留率在99 %以上，水通量為I. 123L/ (m2 h)。
權利要求
1.ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於包括以下步驟 1)將醋酸丁酸纖維素和甲醯胺加入到溶劑中並加熱攪拌，待醋酸丁酸纖維素和甲醯胺完全溶解後，室溫下靜置脫泡得到鑄膜液，該鑄膜液中醋酸丁酸纖維素的重量百分比含量為10% 30%、甲醯胺的重量百分比含量為5% 30% ； 2)將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜； 3)將上述液膜在室溫下停留一段時間，然後放入凝膠介質中，得到醋酸丁酸纖維素正滲透膜。
2.根據權利要求I所述的ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於在步驟I)中，所述的溶劑為ニ甲基こ醯胺、ニ甲基甲醯胺、1，4_ ニ氧六環、丙酮中的至少ー種。
3.根據權利要求I或2所述的ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於在步驟I)中，所述的加熱攪拌的加熱溫度為25°C 75°C。
4.根據權利要求I或2所述的ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於在步驟2)中，所述的液膜的厚度為70Mm 90Mffl。
5.根據權利要求I或2所述的ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於在步驟3)中，所述的醋酸丁酸纖維素正滲透膜的厚度為40Mm 60Mm。
6.根據權利要求I或2所述的ー種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，其特徵在於在步驟3)中，所述的凝膠介質是溫度為5°C 20°C的水或含所述的溶劑的水溶液，所述的在室溫下停留的時間為2:3s。
全文摘要
本發明公開了一種醋酸丁酸纖維素正滲透膜的製備方法，包括以下步驟1)將醋酸丁酸纖維素和甲醯胺加入到溶劑中並加熱攪拌，待醋酸丁酸纖維素和甲醯胺完全溶解後，室溫下靜置脫泡得到鑄膜液，該鑄膜液中醋酸丁酸纖維素的重量百分比含量為10%~30%、甲醯胺的重量百分比含量為5%~30%；2)將上述鑄膜液在室溫下通過刮膜機刮製成液膜；3)將上述液膜在室溫下停留一段時間，然後放入凝膠介質中，得到醋酸丁酸纖維素正滲透膜。本發明製備方法工藝簡單，成本低，採用該製備方法製得的醋酸丁酸纖維素正滲透膜具有良好的化學穩定性、極高的截留率和水通量，為海水淡化、水淨化、廢水處理、食品、醫藥、能源等領域提供了一種新型正滲透膜材料。
文檔編號B01D71/18GK102949941SQ201210458749
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者屠振英, 肖通虎, 劉成 申請人:寧波大學